Ansys 第 例瞬态热分析实例一水箱

ANSYS瞬态热分析ANSYS瞬态热分析1. 建模2. 加载求解2.1 定义分析类型2.2 定义初始条件3. 后处理3.1 用POST1 进行后处理3.2 用POST26进行后处理1. 建模确定jobname、title、units，进入PREP7定义单元类型并设置选项如需要，定义单元实常数；定义材料热性能；一般瞬态热分析要定义导热系数、密度及比热；建立几何模型；对几何模型划分网格2. 加载求解2.1 定义分析类型选择瞬态热分析CMD: ANTYPE, TRANSIENT, NEW(REST)GUI: Main menu>Solution> Analysis Type> New Analysis> Transient(>Restart) 2.2 定义初始条件定义均匀温度场1. 如果模型的初始温度是均匀已知的，可设所有节点初始温度CMD：TUNIFGUI : Main Menu > Solution> Loads> Settings >Uniform Temp2. 如果不设置，则默认为参考温度，参考温度默认为0，但可通过如下方法设定参考温度CMD: TREFGUI:Main Menu>Solution>Loads>Settings>Reference Temp定义节点温度1. 施加节点温度CMD: DGUI: Main Menu > Solution > Loads> Apply > Thermal > Temperature > OnNodes2. 删除节点温度CMD:DDELEGUI:Main Menu > Solution > Loads> Delete > Thermal > Temperature > OnNodes3. 定义非均匀节点温度在瞬态热分析中节点温度可设定为不同的值CMD: ICGUI: Main Menu > Solution > Loads> Delete > Thermal > Temperature > OnNodes4. 初始温度未知如果初始温度场不均匀且未知，就必须首先做稳态热分析设定载荷(如已知的温度、热对流等)；将时间积分设置为OFF:CMD:TIMINT, OFFGUI:Main Menu> Preprocessor> Loads > Load Step Opts >Time/Frequenc >Time Integration设定只有一个子步的，时间很小的载荷步(例如时间可设为0.001)GUI:Main Menu> Preprocessor> Loads > Load Step Opts >Time/Frequenc >Time and Substps写入载荷步文件CMD:LSWRITEGUI:Main Menu> Preprocessor> Loads > Write LS FILE> Time/Frequenc>Time and Substps或者直接求解CMD:SOLVEGUI:Main Menu> Solution>Solve>Current LS注意：在第二载荷步中，要删除所设定的温度，除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析中相同注意：设定初始温度和设定节点温度不同，设点节点温度不同。

ANSYS瞬态分析实例ANSYS（ANalysis SYStem）是一种流行的工程模拟软件，广泛应用于各个领域，包括结构力学、流体力学、热传导和电磁场分析等方面。

在ANSYS中，瞬态分析是一种在物体受到短暂或周期性载荷作用下，模拟其动态响应的方法。

下面将介绍一个ANSYS瞬态分析的实例。

这个实例是根据汽车上的减震器设计一个座椅的瞬态分析。

在汽车行驶过程中，道路的不平整会导致减震器不断进行压缩和回弹，从而对座椅作用力产生冲击。

为了确保座椅能够有效地吸收冲击并保证驾驶员和乘客的舒适性，需要进行瞬态分析。

首先，需要根据座椅的几何模型进行建模。

使用ANSYS的CAD工具，可以绘制出座椅的三维几何模型。

然后，根据座椅材料的力学特性，如弹性模量、泊松比等，对座椅进行材料属性的定义。

接下来，需要对座椅的约束条件进行定义。

在这个实例中，假设座椅与地面之间存在一个理想刚度的连接。

这意味着座椅无法在垂直方向上移动，而只能进行压缩和回弹。

然后，需要定义一个驾驶员上座的载荷。

在这个实例中，假设驾驶员对座椅的作用力具有一个正弦波形的周期性载荷，模拟道路不平整带来的冲击。

在定义完约束条件和载荷后，需要进行网格划分。

ANSYS使用有限元分析方法，将物体离散成许多小的有限元，并使用计算方法对每个有限元进行求解。

因此，对座椅进行网格划分是必要的。

接下来，可以进行求解。

在这个实例中，座椅受到周期性载荷的作用，因此需要进行瞬态分析。

ANSYS会对每个时间步长进行求解，模拟座椅的动态响应。

在求解过程中，可以观察座椅的位移、应变等结果。

最后，可以对结果进行后处理。

ANSYS提供了各种可视化和分析工具，可以对模拟结果进行动画演示、应变云图、频谱分析等。

这些工具可以帮助工程师更直观地理解座椅在瞬态载荷下的动态行为，并优化设计方案。

通过以上步骤，可以利用ANSYS进行座椅的瞬态分析。

这个实例是ANSYS瞬态分析在汽车工程中的一个应用，但实际上瞬态分析可以用于各种领域，如航空航天、建筑结构等。

第33例瞬态热分析实例——水箱本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。

33.1概述热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。

33.1.1 瞬态热分析的定义瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。

一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。

33.1.2 嚼态热分析的步骤瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。

1．建模瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。

注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。

2.施加载荷和求解(1)指定分析类型，Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择Transient。

(2)获得瞬态热分析的初始条件。

定义均匀的初始温度场：Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp，初始温度仅对第一个子步有效，而用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意二者的区别。

定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的，可以用Main Menu→Solution→Define Loads →Apply→Initial Condit'n→Define即IC命令施加。

非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。

该稳态分析与一般的稳态分析相同。

注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等），将时间积分关闭，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts →Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步，Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step。

4.1瞬态传热的定义ANSYS/Multiphysics , ANSYS/Mechanical, ANSYS/FLOTRANANSYS/Professional 这些产品支持瞬态热分析。

瞬态热分析用于计算一个系统 的随时间变化的温度场及其它热参数。

在工程上一般用瞬态热分析计算温度场， 并将之作为热载荷进行应力分析。

许多传热应用一热处理问题，喷管，引擎堵塞, 管路系统，压力容器等，都包含瞬态热分析。

瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。

主要的区别是瞬态热分析中的载 荷是随时间变化的。

为了表达随时间变化的载荷，可使用提供的函数工具描述载 荷〜时间曲线并将该函数作为载荷施加（请参考《ANSYS Basic Porcedures Guide 》中的“施加函数边界条件载荷”），或将载荷〜时间曲线分为载荷步。

载荷〜时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步，如下图所示：图4-1用荷载步定义时变荷载对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时还需定义其它载荷步选 项，如：载荷步为渐变或阶跃、自动时间步长等，定义完一个载荷步的所有信息 后，将其写为载荷步文件，最后利用载荷步文件统一求解。

本章对一个铸件的分 析的实例对此有进一步说明。

4.2瞬态热分析中使用的单元和命令瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同，第三章对单元有简单的描述。

要了解每个单元的详细说明，请参阅《 ANSYS Eleme nt Refere nee 》。

要了解每 个命令的详细功能，请参阅《ANSYS Comma nds Refere nce 。

4.3瞬态热分析的过程瞬态热分析的过程为：建模施加荷载并求解ANSYS 热分析指南（第四章） 第四章瞬态热分析Load▲ Stepped (KBCJ) ■SteppedSteady<state analysis在后处理中查看结果以下的内容将讲述瞬态分析的基本步骤，由于并不是每个瞬态分析的过程都一致，因此本书先对整个过程进行了一般的讲解，再进行实例的分析。

Temperature distribution in a CylinderWe wish to compute the temperature distribution in a long steel cylinder with inner radius 5 inches and outer radius 10 inches. The interior of the cylinder is kept at 75 deg F, and heatis lost on the exterior by convection to a fluid whose temperature is 40 deg F. The convection coefficient is 0.56 BTU/hr-sq.in-F and the thermal conductivity for steel is 0.69 BTU/hr-in-F.1. Start ANSYS and assign a job name to the project. Run Interactive -> set working directory and jobname.2. Preferences -> Thermal will show -> OK3. Recognize symmetry of the problem, and a quadrant of a section through the cylinder is created using ANSYS area creation tools. Preprocessor -> Modeling -> Create -> Areas -> Circle -> Partial annulusThe following geometry is created.4. Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete -> Add -> Thermal Solid -> Solid 8 node 77 -> OK -> Close5. Preprocessor -> Material Props -> Isotropic -> Material Number 1 -> OKEX = 3.E7 (psi)DENS = 7.36E-4 (lb sec^2/in^4)ALPHAX = 6.5E-6PRXY = 0.3KXX = 0.69 (BTU/hr-in-F)6. Mesh the area and refine using methods discussed in previous examples.7. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperatures -> NodesSelect the nodes on the interior and set the temperature to 75.8. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Convection -> LinesSelect the lines defining the outer surface and set the convection coefficient to 0.56 and the fluid temp to 40.9. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Heat Flux -> LinesTo account for symmetry, select the vertical and horizontal lines of symmetry and set the heat flux to zero.10. Solution -> Solve current LS11. General Postprocessor -> Plot Results -> Nodal Solution -> TemperaturesThe temperature on the interior is 75 F and on the outside wall it is found to be 45. These results can be checked using results from heat transfer theory.BackThermal Stress of a Cylinder using Axisymmetric ElementsA steel cylinder with inner radius 5 inches and outer radius 10 inches is 40 inches long and has spherical end caps. The interior of the cylinder is kept at 75 deg F, and heat is lost on the exterior by convection to a fluid whose temperature is 40 deg F. The convection coefficient is 0.56 BTU/hr-sq.in-F. Calculate the stresses in the cylinder caused by the temperature distribution.The problem is solved in two steps. First, the geometry is created, the preference set to'thermal', and the heat transfer problem is modeled and solved. The results of the heat transfer analysis are saved in a file 'jobname.RTH' (Results THermal analysis) when you issue a save jobname.db command.Next the heat transfer boundary conditions and loads are removed from the mesh, the preference is changed to 'structural', the element type is changed from 'thermal' to 'structural', and the temperatures saved in 'jobname.RTH' are recalled and applied as loads.1. Start ANSYS and assign a job name to the project. Run Interactive -> set working directory and jobname.2. Preferences -> Thermal will show -> OK3. A quadrant of a section through the cylinder is created using ANSYS area creation tools.4. Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete -> Add -> Solid 8 node 77 -> OK ->Options -> K3 Axisymmetric -> OK5. Preprocessor -> Material Props -> Isotropic -> Material Number 1 -> OKEX = 3.E7 (psi)DENS = 7.36E-4 (lb sec^2/in^4)ALPHAX = 6.5E-6PRXY = 0.3KXX = 0.69 (BTU/hr-in-F)6. Mesh the area using methods discussed in previous examples.7. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperatures -> NodesSelect the nodes on the interior and set the temperature to 75.8. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Convection -> LinesSelect the lines defining the outer surface and set the coefficient to 0.56 and the fluid temp to 40.9. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Heat Flux -> LinesSelect the vertical and horizontal lines of symmetry and set the heat flux to zero.10. Solution -> Solve current LS11. General Postprocessor -> Plot Results -> Nodal Solution -> TemperatureThe temperature on the interior is 75 F and on the outside wall it is found to be 43.12. File -> Save Jobname.db13. Preprocessor -> Loads -> Delete -> Delete All -> Delete All Opts.14. Preferences -> Structural will show, Thermal will NOT show.15. Preprocessor -> Element Type -> Switch Element Type -> OK (This changes the element to structural)16. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Displacements -> Nodes(Fix nodes on vertical and horizontal lines of symmetry from crossing the lines of symmetry.)17. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperature -> From Thermal AnalysisSelect Jobname.RTH (If it isn't present, look for the default 'file.RTH' in the root directory)18. Solution -> Solve Current LS19. General Postprocessor -> Plot Results -> Element Solution - von Mises StressThe von Mises stress is seen to be a maximum in the end cap on the interior of the cylinder and would govern a yield-based design decision.Back。

Ansys作业—瞬态热分析问题描述瞬态热分析实例1长方形地板，几何参数及其边界条件如图3-6 所示.板地宽度为5cm，其中间有一个半径为1cm 地圆孔.板地初始温度为20℃，将其右侧突然置于温度为20℃且对流换热系数为100W/M2℃地流体中，左端置于温度为500℃地温度场，试计算：⏹（1）第1s 和第50s板内地温度分布情况.⏹（2）整个板在前50s内地温度变化过程.⏹（3）圆孔边缘A点处温度随时间变化曲线.1.建立有限元模型首先建立瞬态传热分析所需地有限元模型，选择单元.(1) 选择热分析单元，操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete在弹出地对话框中，单击Add.在单元类型库对话框中选择Plane55单元.单击OK.命令：ET,1,PLANE55(2) 定义材料属性首先进入Define Material Model Behavior对话框，操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props下面定义瞬态热分析所需地材料参数，如热传导率、比热容及材料密度：定义热传导GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Conductivity > Isotropic在弹出地定义材料热传导率对话框中地KXX 栏键入“5”.命令：MPDATA,KXX,1,,5定义比热容GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Specific Heat在弹出地定义比热容对话框中地C栏键入“200”.命令：MPDATA,C,1,,200定义密度GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Density在弹出密度定义对话框中地DENS栏键入“5000”.命令：MPDATA,DENS,1,,5000材料属性定义完毕.(3)建立实体模型根据本例所用模型，首先需要创建矩形，然后是圆，最后在矩形板中央减去（Substract）圆.下面介绍建立实体模型地操作：创建矩形命令：RECTNG,0,0.15,0,0.05创建圆面其操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Circle > By dimensions 在弹出对话框中，单击OK得到圆面.命令：CYL4, 0.075, 0.025, 0.01相减根据ANSYS建模过程中面序号赋值原理，直接可以肯定圆面序号为2，矩形序号为1，因此采用直接键入命令建实体模型：命令：asba,1,2图1 实体模型(4) 设定网格尺寸并划分网格图2 有限元模型2.施加载荷并求解(1)选择分析类型GUI：Main Menu > Preprocessor > Loads > Analysis Type > New Analysis 选择Transient 分析，单击OK.在弹出地子对话框中单击OK.(2)定义初始条件板地初始温度为20℃，设置初始温度操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Initial Condit'n > Define在弹出地拾取对话框中，单击Pick All.弹出Define Initial Conditions对话框，命令：IC,All,TEMP,20,(3)定义热约束定义对流边界GUI：Utility Menu > Plot > lines命令：LPLOT定义对流载荷/边界首先进入Apply Conv on lines 对话框，操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Convection > On Lines在弹出对话框中，键入Film coefficient和Bulk Temperature值.命令：SFL,L2,CONV,100, ,20,定义稳态热边界在边线上定义稳态热边界，操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Temperature > On Lines在弹出对话框中，键入边界温度为“500”.单击OK.命令：DL,L4, ,TEMP,500,1图3施加边界条件和载荷(4)设置时间及时间步进参数GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time –time steps在Time and time Step Optios对话框中按照下图设置，其余选项不变.TIME,50AUTOTS,1DELTIM,1,0.1,2.5,1KBC,0下面确认时间积分选项打开.操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time Integration保持默认设置，单击OK.命令：TIMINT,1TINTP,0.005, , ,-1,0.5,-1(5)设置输出控制GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Output Ctrls > DB/Results File 在File Write Frequency栏选项 Every Substep.命令：OUTRES,ALL,ALL,(6)求解GUI：Main Menu > Solution > Solve > Current LS.命令：Solve3.查看分析结果（1）POST1后处理，显示第1s和和第50s时温度场.图4显示第1s时地温度场重复上述操作，读入第50s时结果并显示温度场.下图所示为第50s温度场.图5显示第50s时地温度场(2)POST26 后处理需要查看A点随时间变化地温度场，首先必须定义A点温度变量，然后才能显示A点处.定义A点温度变量显示A 点温度随时间变化曲线，单击“GRAPH VARIABLE 按钮，得到A 点温度随时间变化曲线.图6A点温度-时间变化曲线4.命令流文件!进入前处理/prep7 /COM,Thermal Et,1,plane55Mp,dens,1,5000Mp,kxx,1,5Mp,c,1,200Save!创建几何模型Rectng,0,0.15,0,0.05CYL4,0.075,0.025,0.01Asba,1,2Save!划分网格SMRT,3Amesh,ALLSave!进入加载求解/soluAntype,transTRNOT,FULLLUMPM,0Ic,all,temp,20SaveLplotSFL,2,conv,100,,20 DL,4,,TEMP,500,0Time,50Kbc,0Autots,onDeltim,1,0.1,2.5,1Timint,onTINTP,0.005,,,-1,0.5,-1Outres,all,allSolveFINISH/POST1!*/EFACET,1PLNSOL, TEMP,, 0瞬态传热分析实例21.问题描述：一个直径为0.12m，温度为900摄氏度地钢球突然放入盛满了水地，完全绝热地横截面直径和孤傲度均为0.6m地圆柱体水箱中，水地温度为20，材料参数如图所示，求解10分钟后钢球与水地温度场分布（钢球置于水箱正中央）.2. 问题分析属于瞬间热传导问题，研究对象为钢球和水，根据轴对称性，在求解过程中取钢球和水中心纵截面地1/4建立几何模型，选择PLANE55轴对称单元进行分析.3.建立模型(1)添加标题添加标题，操作如下GUI：Utility Menu > File > Change Title在弹出地Referenc for GUI Filtering对话框中，选择 Thermal.单击OK.(2) 选择单元在单元类型库对话框中选择Plane55单元.单击OK.在Element behavior K3下拉框中选择Axisymmetric选项，其余默认.(3)定义材料属性1⏹定义热传导率在弹出地定义材料热传导率对话框中地KXX 栏键入“70”.⏹定义比热容在弹出地定义比热容对话框中地C栏键入“448”⏹定义密度在弹出密度定义对话框中地DENS栏键入“7800”.(4)定义材料属性2⏹定义热传导率在弹出地定义材料热传导率对话框中地KXX 栏键入“0.61”.⏹定义比热容在弹出地定义比热容对话框中地C栏键入“4185”⏹定义密度在弹出密度定义对话框中地DENS栏键入“1000”.(5)建立实体模型图7平面实体模型4.设定网格尺寸并划分网格图8有限元模型5．加载及求解求解之前首先要选择分析类型，然后定义边界条件及其载荷步选项，最后计算.首先选择分析类型.图9求解后显示图6.查看求解结果在POST1后处理器中查看结果图10总体温度场等值线图图11水地温度场等值线图图12球体温度场等值线图图13球心温度随时间地变化关系图7.命令流文件/Title,Transient slab ProblemKEYW, PR_THERM, !指定分析类型为热分析/prep7ET,1,Plane55KEYOPT,1,3,1MP,KXX,1,70MP,DENS,1,7800MP,C,1,448MP,KXX,2,0.61MP,DENS,2,1000MP,C,2,4185RECTANG,0,0.3,O,0.3PCIRC,0.06,0,0,90AOVERLAP,ALLNUMCMP,AREANUMCMP,LINE/TITLE,GEOMETRIC MODELAPLOTMSHAPE,0,2DMSHKEY,1LPLOT/PNUM,LINE,1/PNUM,AREA,1/REPLOTLSEL,S,LINE,,4,5LESIZE,ALL,,,30,0.1LSEL,S,LINE,,6,7 !选择线段6，7LESIZE,ALL,,,32,0.1 !设置单元数量LSEL,S,LINE,,3 !选择线段3LESIZE,ALL,,,30 !设置单元数量ALLSELLCCAT,2,1 !将线段12联接在一起MAT,1 !选择材料参考号1AMESH,1 !对面1进行网格划分MAT,2 !选择材料参考号1AMESH,2 !对面1进行网格划分/TITLE, ELEMENTS IN MODELEPLOTFINISH/SOLUANTYPE,TRANSTIMINT,OFFTIME,0.01DELTIM,0.01ESEL,S,MAT,,1NSLE,SD,ALL,TEMP,900ESEL,S,MAT,,2NSLE,SD,ALL,TEMP,20ALLSELSOLVETIMINT,ONTIME,600DELTIM,26,2,200AUTOS,ONDDELE,ALL,TEMPOUTRES,,ALLSOLVEFINISH版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.GMsIa。

4.1瞬态传热的定义ANSYS/Multiphysics , ANSYS/Mechanical, ANSYS/FLOTRANANSYS/Professional 这些产品支持瞬态热分析。

瞬态热分析用于计算一个系统 的随时间变化的温度场及其它热参数。

在工程上一般用瞬态热分析计算温度场， 并将之作为热载荷进行应力分析。

许多传热应用一热处理问题，喷管，引擎堵塞, 管路系统，压力容器等，都包含瞬态热分析。

瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。

主要的区别是瞬态热分析中的载 荷是随时间变化的。

为了表达随时间变化的载荷，可使用提供的函数工具描述载 荷〜时间曲线并将该函数作为载荷施加（请参考《ANSYS Basic Porcedures Guide 》中的“施加函数边界条件载荷”），或将载荷〜时间曲线分为载荷步。

载荷〜时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步，如下图所示 ：图4-1用荷载步定义时变荷载对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时还需定义其它载荷步选 项，如：载荷步为渐变或阶跃、自动时间步长等，定义完一个载荷步的所有信息 后，将其写为载荷步文件，最后利用载荷步文件统一求解。

本章对一个铸件的分 析的实例对此有进一步说明。

4.2瞬态热分析中使用的单元和命令 瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同，第三章对单元有简单的描述。

要了解每个单元的详细说明，请参阅《 ANSYS Eleme nt Refere nee 》。

要了解每 个命令的详细功能，请参阅《ANSYS Comma nds Refere nce 。

4.3瞬态热分析的过程瞬态热分析的过程为：建模ANSYS 热分析指南（第四章）第四章瞬态热分析Load ▲ Stepped (KBCJ)■SteppedSteady<state analysis施加荷载并求解在后处理中查看结果以下的内容将讲述瞬态分析的基本步骤，由于并不是每个瞬态分析的过程都一致，因此本书先对整个过程进行了一般的讲解，再进行实例的分析。

实例1：某一潜水艇可以简化为一圆筒，它由三层组成，最外面一层为不锈钢，中间为玻纤隔热层，最里面为铝层，筒内为空气，筒外为海水，求内外壁面温度及温度分布。

几何参数：筒外径30 feet总壁厚2 inch不锈钢层壁厚0.75inch玻纤层壁厚 1 inch铝层壁厚0.25i nch筒长200 feet导热系数不锈钢8.27BTU/hr.ft. o F玻纤0.028 BTU/hr.ft. o F铝117.4 BTU/hr.ft. o F边界条件空气温度70 o F海水温度44.5 o F空气对流系数2.5 BTU/hr.ft 2.0F海水对流系数80 BTU/hr.ft 2.o F沿垂直于圆筒轴线作横截面，得到一圆环，取其中1度进行分析，如图示。

空气'玻璃纤维、1*:不锈钢:3/+M海水R15 feet/filename ，Steady1 /title ，Steady-state thermal analysis of submarine /units ，BFT Ro=15 !外径(ft)Rss=15-(0.75/12) ! 不锈钢层内径ft) Rins=15-(1.75/12) ! 玻璃纤维层内径(ft) Ral=15-(2/12) ! 铝层内径(ft) Tair=70 ! 潜水艇内空气温度Tsea=44.5 !海水温度Kss=8.27 ! 不锈钢的导热系数(BTU/hr.ft.oF) Kins=0.028 ! 玻璃纤维的导热系数(BTU/hr.ft.oF)Kal=117.4 ! 铝的导热系数(BTU/hr.ft.oF) Hair=2.5 ! 空气的对流系数(BTU/hr.ft2.oF) Hsea=80 ! 海水的对流系数(BTU/hr.ft2.oF) prep7et，1，plane55 !定义二维热单元mp，kxx ，1，Kss !设定不锈钢的导热系数mp，kxx ，2，Kins !设定玻璃纤维的导热系数mp，kxx ，3，Kal !设定铝的导热系数pcirc，Ro，Rss，-0.5，0.5 !创建几何模型pcirc ，Rss，Rins ，-0.5 ，0.5 pcirc ，Rins，Ral，-0.5 ，0.5 aglue，all numcmp，area lesize，1，，，16 !设定划分网格密度lesize，4，，，4 lesize，14，，，5 lesize，16，，，2 Mshape，2 ! 设定为映射网格划分mat，1 amesh，1 mat，2 amesh，2 mat，3 amesh，3 /SOLUSFL，11，CONV ，HAIR ，，TAIR ! 施加空气对流边界SFL，1，CONV ，HSEA ，，TSEA !施加海水对流边界SOLVE /POST1PLNSOL ！输出温度彩色云图finish实例2一圆筒形的罐有一接管，罐外径为 3英尺，壁厚为0.2英尺，接管外径为0.5英尺，壁厚为0.1英尺，罐与接管的轴线垂直且接管远离罐的端部。

ANSYS瞬态热分析---零件在⽔中冷却⽬录1. 案例⼀个温度为300℃的铜环和⼀个温度为200℃的铁环，放置到22℃的⽔中进⾏淬⽕。

⽔桶为铁质的圆形。

分析中忽略⽔的流动。

材料参数热性能铜铁⽔导热系数（W/(m℃）383700.61密度（kg/m388897833996⽐热容（J/(kg.℃）3904484185因为忽略了⽔的流动，故可将⽔看为⼀种材料，直接进⾏分析2. APDL分析finish/clear!==============第⼀步：进⾏稳态⼆维轴对称分析===============================/filname,quench/prep7et,1,plane55 ! 选择单元类型keyopt,1,3,1 ! 设置为轴对称分析! 定义材料热性能参数mp,kxx,1,383mp,dens,1,8889mp,c,1,390 ! 定义铜的热物理性能参数mp,kxx,2,70mp,dens,2,7837mp,c,2,448 ! 定义铁的热物理性能参数mp,kxx,3,0.61mp,dens,3,996mp,c,3,4185 ! 定义⽔的热物理性能参数rectng,0,0.08,0,0.01rectng,0.08,0.1,0,0.01rectng,0.1,0.12,0,0.01rectng,0.12,0.14,0,0.01rectng,0.14,0.15,0,0.01rectng,0.14,0.15,0.01,0.055rectng,0.14,0.15,0.055,0.1rectng,0.14,0.15,0.1,0.15 ! 建⽴铁箱矩形rectng,0.08,0.1,0.01,0.055rectng,0.1,0.12,0.01,0.055 ! 建⽴铜环rectng,0.08,0.1,0.055,0.1 ! 建⽴铁环rectng,0,0.08,0.01,0.055rectng,0.12,0.14,0.01,0.055rectng,0,0.08,0.055,0.1rectng,0.10,0.12,0.055,0.1rectng,0.12,0.14,0.055,0.1rectng,0,0.08,0.1,0.15rectng,0.08,0.1,0.1,0.15rectng,0.10,0.12,0.1,0.15rectng,0.12,0.14,0.1,0.15 ! 建⽴⽔⼏何模型aglue,all ! 粘接各矩形esize,0.003,0, ! 定义单元划分尺⼨asel,s,,,1,21,20asel,a,,,23,29,1aatt,2,1,1 ! 附于铁箱和铁环的材料属性asel,s,,,30,33,3aatt,1,1,1 ! 附于铜环的材料属性asel,s,,,31,32,1asel,a,,,34,39,1asel,a,,,22aatt,3,1,1 ! 附于⽔的材料属性allsel,allmshkey,2 ! 定义映射单元划分类型amesh,all ! 划分单元asel,s,,,1,21,20asel,a,,,23,28,1asel,a,,,31,32,1asel,a,,,34,39,1asel,a,,,22nsla,,1d,all,temp,20 ! 施加铁箱和⽔的温度约束条件asel,s,,,30,33,3nsla,,1d,all,temp,300 ! 施加铜环的温度约束条件asel,s,,,29nsla,,1d,all,temp,200 ! 施加铁环的温度约束条件allsel,all/soluantype,trans ! 设定为瞬态分析timint,off ! 关掉时间积分, 即设定为稳态分析time,0.01 ! 设定只有⼀个⼦步的时间很⼩的载荷步deltim,0.01 ! 设定求解时间⼦步solve ! 求解!==============第⼆步：进⾏瞬态⼆维轴对称分析=============================== time,3600 ! 设定求解时间timint,on ! 打开时间积分deltim,26,2,200 ! 设置时间步长，最⼤及最⼩时间步长autots,on ! 打开⾃动时间步长ddelet,all,temp ! 删除稳态分析中定义的节点温度outres,all,1 ! 将每个⼦步的值写⼊数据库⽂件solve ! 求解finish/post1plnsol,temp,,0样件上的某点随时间变化的曲线。

Ansys作业—瞬态热分析问题描述瞬态热分析实例1⏹长方形的板，几何参数及其边界条件如图3-6 所示。

板的宽度为5cm，其中间有一个半径为1cm 的圆孔。

板的初始温度为20℃，将其右侧突然置于温度为20℃且对流换热系数为100W/M2℃的流体中，左端置于温度为500℃的温度场，试计算：⏹（1）第1s 和第50s板内的温度分布情况。

⏹（2）整个板在前50s内的温度变化过程。

⏹（3）圆孔边缘A点处温度随时间变化曲线。

1.建立有限元模型首先建立瞬态传热分析所需的有限元模型，选择单元。

(1) 选择热分析单元，操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete在弹出的对话框中，单击Add。

在单元类型库对话框中选择Plane55单元。

单击OK。

命令：ET,1,PLANE55(2) 定义材料属性首先进入Define Material Model Behavior对话框，操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props下面定义瞬态热分析所需的材料参数，如热传导率、比热容及材料密度：定义热传导GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Conductivity > Isotropic 在弹出的定义材料热传导率对话框中的KXX 栏键入“5”。

命令：MPDATA,KXX,1,,5定义比热容GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Specific Heat在弹出的定义比热容对话框中的C栏键入“200”。

命令：MPDATA,C,1,,200定义密度GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Density在弹出密度定义对话框中的DENS栏键入“5000”。

ANSYS瞬态传热分析教程瞬态传热分析的定义瞬态热分析用于计算一个系统的随时间变化的温度场及其它热参数。

在工程上一般用瞬态热分析计算温度场，并将之作为热载荷进行应力分析。

瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。

主要的区别是瞬态热分析中的载荷是随时间变化的。

为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷～时间曲线分为载荷步。

载荷～时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步，如下图所示。

对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时必须选择载荷步为渐变或阶越。

瞬态热分析中的单元及命令瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同。

要了解每个单元的详细说明，请参阅《A NSYS Element Reference Guide》ANSYS 瞬态热分析的主要步骤建模加载求解后处理建模确定jobname、title、units, 进入PREP7；定义单元类型并设置选项；如果需要，定义单元实常数；定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度及比热；建立几何模型；对几何模型划分网格。

加载求解1、定义分析类型如果第一次进行分析，或重新进行分析GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>TransientCommand: ANTYPE,TRANSIENT,NEW如果接着上次的分析继续进行（例如增加其它载荷）GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>RestartCommand: ANTYPE,TRANSIENT,REST2、获得瞬态热分析的初始条件①、定义均匀温度场如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节点初始温度Command:TUNIFGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Uniform Temp如果不在对话框中输入数据，则默认为参考温度，参考温度的值默认为零，但可通过如下方法设定参考温度：Command:TREFGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Reference Temp注意：设定均匀的初始温度，与如下的设定节点的温度（自由度）不同Command:DGUI: Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效；而设定节点温度将保持贯穿整个瞬态分析过程，除非通过下列方法删除此约束：Command:DDELEGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>On Nodes②、设定非均匀的初始温度在瞬态热分析中，节点温度可以设定为不同的值：Command:ICGUI: Main Menu> Solution>Loads>Apply>-Initial Condit'n>Define如果初始温度场是不均匀的且又是未知的，就必须首先作稳态热分析确定初始条件：设定载荷（如已知的温度、热对流等）将时间积分设置为OFF：Command: TIMINT, OFFGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequen c>Time Integration设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如0.001）：Command: TIMEGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequen c>Time and Substps写入载荷步文件：Command:LSWRITEGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>Write LS File或先求解：Command:SOLVEGUI: Main Menu> Solution>Solve>Current LS注意：在第二载荷步中，要删去所有设定的温度，除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。

(瞬态)a n s y s热分析例题2(总5页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--问题描述：一个30公斤重、温度为70℃的铜块,以及一个20公斤重、温度为80℃的铁块，突然放入温度为20℃、盛满了300升水的、完全绝热的水箱中,如图所示。

过了一个小时，求铜块与铁块的最高温度(假设忽略水的流动)。

材料热物理性能如下：热性能单位制铜铁水导热系数W/m℃ 383 37密度Kg/m 8889 7833 996比热J/kg℃ 390 448 4185菜单操作过程：一、设置分析标题1、选择“Utility Menu>File>Change Jobname”，输入文件名Transient1。

2、选择“Utility Menu>File>Change Title”输入Thermal Transient Exercise 1。

二、定义单元类型1、选择“Main Menu>Preprocessor”，进入前处理。

2、选择“Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete”。

选择热平面单元plane77。

三、定义材料属性1、选择“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models”，在弹出的材料定义窗口中顺序双击Thermal选项。

2、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入383；点击Density，在DENS框中输入8898；点击Specific Heat，在C框中输入390。

3、在材料定义窗口中选择Material>New Model，定义第二种材料。

4、点击Conductivity，Isotropic，在KXX框中输入70；点击Density，在DENS框中输入7833；点击Specific Heat，在C框中输入448。

ANSYS 稳态和瞬态热模拟基本步骤基于ANSYS 9.0一、 稳态分析从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上，热分析包括稳态和瞬态热分析。

其中，稳态指的是系统的温度场不随时间变化，系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：=0q q q +-流入生成流出 在稳态分析中，任一节点的温度不随时间变化。

基本步骤：（为简单起见，按照软件的菜单逐级介绍）1、 选择分析类型点击Preferences 菜单，出现对话框1。

对话框1我们主要针对的是热分析的模拟，所以选择Thermal 。

这样做的目的是为了使后面的菜单中只有热分析相关的选项。

2、 定义单元类型GUI ：Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 出现对话框2对话框2（3-1）点击Add,出现对话框3对话框3在ANSYS中能够用来热分析的单元大约有40种，根据所建立的模型选择合适的热分析单元。

对于三维模型，多选择SLOID87：六节点四面体单元。

3、选择温度单位默认一般都是国际单位制，温度为开尔文（K）。

如要改为℃，如下操作GUI：Preprocessor>Material Props>Temperature Units选择需要的温度单位。

4、定义材料属性对于稳态分析，一般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可以随温度变化。

GUI: Preprocessor>Material Props> Material Models 出现对话框4对话框4一般热分析，材料的热导率都是各向同性的，热导率设定如对话框5.对话框5若要设定材料的热导率随温度变化，主要针对半导体材料。

则需要点击对话框5中的Add Temperature选项，设置不同温度点对应的热导率，当然温度点越多，模拟结果越准确。

设置完毕后，可以点击Graph按钮，软件会生成热导率随温度变化的曲线。

第四讲 热分析上机指导书CAD/CAM 实验室，USTC实验要求：1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进展稳态热分析的根本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进展热应力分析的根本过程。

2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进展瞬态热分析的根本过程。

容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管〔图a 〕的温度场分布与位移和应力分布。

一个轴对称的冷却栅结构管为热流体，管外流体为空气。

冷却栅材料为不锈钢，特性如下：W/m ℃×109 MPa×10-5/℃边界条件：〔1〕管：压力：6.89 MPa流体温度：250 ℃对流系数249.23 W/m 2℃〔2〕管外：空气温度39℃对流系数：62.3 W/m 2℃假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。

其上下边界承受边界约束，管部承受均布压力。

练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1. 定义工作文件名与工作标题1) 定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【ChangeJobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。

2) 定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。

3) 关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> WindowOptions ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。

/PREP7/TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction/UNITS,BIN ! 英制单位；Use U. S. Customary system of units (inches)! /SHOW, ! Specify graphics driver for interactive runET,1,90 ! Define 20-node, 3-D thermal solid elementMP,DENS,1,.285 ! Density = .285 lbf/in^3MPTEMP,,70,200,300,400,500 ! Create temperature tableMPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12! 指定与温度相对应的数据材料属性；导热系数；Define conductivity valuesMPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125! Define specific heat values（比热）MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144! Define film coefficient;除144是单位问题，上面的除12也是单元问题! Define parameters for model generationRI1=1.3 ! Inside radius of cylindrical tankRO1=1.5 ! Outside radiusZ1=2 ! LengthRI2=.4 ! Inside radius of pipeRO2=.5 ! Outside pipe radiusZ2=2 ! Pipe lengthCYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90 ! 90 degree cylindrical volume for tankWPROTA,0,-90 ! 旋转当前工作的平面；从Y到Z旋转-90度；；Rotate working plane to pipe axisCYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90 ! 角度选择在了第四象限；90 degree cylindrical volume for pipeWPSTYL,DEFA ! 重新安排工作平面的设置；另外WPSTYL,STAT to list the status of the working plane；；Return working plane to default settingBOPT,NUMB,OFF ! 关掉布尔操作的数字警告信息；Turn off Boolean numbering warningVOVLAP,1,2 ! 交迭体；Overlap the two cylinders/PNUM,VOLU,1 ! 体编号打开；Turn volume numbers on/VIEW,,-3,-1,1/TYPE,,4 ! 精确面的显示；Precise hidden display/TITLE,Volumes used in building pipe/tank junctionVPLOTVDELE,3,4,,1 ! 修剪一些体与体相关的体的因素都删掉；Trim off excess volumes! Meshing 网格划分ASEL,,LOC,Z,Z1 ! Select area at remote Z edge of tankASEL,A,LOC,Y,0 ! Select area at remote Y edge of tankCM,AREMOTE,AREA ! 为面建立数组；Create area component called AREMOTE/PNUM,AREA,1/PNUM,LINE,1/TITLE,Lines showing the portion being modeledAPLOT/NOERASE ! 预防抹去LPLOT ! Overlay line plot on area plot/ERASEACCAT,ALL ! 连接面和线的准备映射；Concatenate areas and lines at remote tank edgesLCCAT,12,7LCCAT,10,5LESIZE,20,,,4 ! 4 divisions through pipe thicknessLESIZE,40,,,6 ! 6 divisions along pipe lengthLESIZE,6,,,4 ! 4 divisions through tank thicknessALLSEL ! Restore full set of entitiesESIZE,.4 ! Set default element size线的默认划分数MSHAPE,0,3D ! Choose mapped brick meshMSHKEY,1 ! 映射网格SAVE ! Save database before meshingVMESH,ALL ! Generate nodes and elements within volumes/PNUM,DEFA ! 重新安排数字规格/TITLE,Elements in portion being modeledEPLOTFINISH/COM, *** Obtain solution ***/SOLUANTYPE,STATIC ! Steady-state analysis typeNROPT,AUTO ! 自动选择牛顿-拉普森Program-chosenNewton-Raphson optionTUNIF,450 ! 给结点统一的温度；Uniform starting temperature at all nodesCSYS,1 ! 1 —Cylindrical with Z as the axis of rotation NSEL,S,LOC,X,RI1 ! Nodes on inner tank surfaceSF,ALL,CONV,250/144,450 ! 为结点指定表面载荷；对流；Convection（对流）；load at all nodesCMSEL,,AREMOTE ! 选择子集组合；Select AREMOTE component NSLA,,1 ! Nodes belonging to AREMOTED,ALL,TEMP,450 ! 设定边界温度条件Temperature constraints at those nodesWPROTA,0,-90 ! Rotate working plane to pipe axisCSWPLA,11,1 ! 在工作区声明本地的圆柱体系；Define local cylindrical c.s at working planeNSEL,S,LOC,X,RI2 ! Nodes on inner pipe surfaceSF,ALL,CONV,-2,100 ! 这里的-2表示材料2；；Temperature-dep. convection load at those nodesALLSEL/PBC,TEMP,,1 ! 边界符号的显示Temperature b.c. symbols on/PSF,CONV,,2 ! Convection symbols on 箭头显示/TITLE,Boundary conditionsNPLOTWPSTYL,DEFACSYS,0AUTOTS,ON ! Automatic time steppingNSUBST,50 ! Number of substepsKBC,0 ! Ramped loading (default)OUTPR,NSOL,LAST ! 显示最后一次的结点约束；Optional command for solution printoutSOLVEFINISH/COM, *** Review results ***/POST1/EDGE,,1 ! Displays only the "edges（刀口, 利刃, 锋, 优势, 边缘, 优势, 尖锐）" of an object；Edge display/PLOPTS,INFO,ON ! Legend column on/PLOPTS,LEG1,OFF ! Legend header off 圆柱数列的头部/WINDOW,1,SQUARE ! SQUA, form largest square window within the current graphics area；Redefine window size/TITLE,Temperature contours at pipe/tank junctionPLNSOL,TEMP ! Plot temperature contoursCSYS,11NSEL,,LOC,X,RO2 ! Nodes and elements at outer radius of pipeESLN ! 选择单元NSLE ! 选择结点/SHOW,,,1 ! 向量显示；Vector mode/TITLE,Thermal flux vectors at pipe/tank junctionPLVECT,TF ! Plot thermal flux（热通量）vectorsFINISH。

水箱有限元分析报告采用ansys软件对水箱结构进行强度分析，施加六种工况载荷，最终计算结果表明水箱满足强度要求，计算中认为水箱处于装满水状态，水总共600L，重量为600Kg。

几何模型通过外部导入至ansys中，水箱结构在有限元中为薄壳结构，即结构的厚度远小于其长度和宽度，长厚在10以上，说以需要进行中面抽取处理，采用壳单元进行有限元建模分析。

抽取中面后的几何模型如图1所示。

图1 水箱中面几何模型对水箱几何模型进行网格划分，基本尺寸设置为10mm，单元类型为shell181，最终网格模型如图2所示。

网格总数为119418，节点总数为125635。

图2 水箱网格模型水箱中的水质量为600kg，在强度分析中不考虑液体晃动等问题，通过几种质量的形式来考虑水的质量，质量点放在水箱中间，关联至水箱的外壳上。

图3 水箱质量点设置水箱的材料为06Cr19Ni10，分析中取材料密度为7930kg/m^3，弹xing模量为2.1e11MPa，泊松比为0.3。

参考标准GB 24511-2009，06Cr19Ni10的屈服jixian取205MPa。

图4 材料屈服jixian水箱不同壳体之间为焊接连接，在ansys分析中通过Bonded接触实现。

图5 接触设置约束水箱四个角点的腰形孔，如图6所示。

图6 约束情况共加载六个工况，如表1所示。

表1 工况载荷表工况数加速度载荷工况1 3G+0G+1G工况2 -3G+0G+1G工况3 0G+1G+1G工况4 0G-1G+1G工况5 0G+0G+3G工况6 0G+0G-1G图7 工况1加载情况工况1下的应力云图和位移云图如下所示，max等效应力为195.02MPa，发生在角点支架与水箱壳体连接处。

max位移为0.1982mm，发生水箱底部。

图8 工况1等效应力云图图9 工况1位移云图工况2加载情况如图10所示图10 工况2加载情况工况2下的应力云图和位移云图如下所示，max等效应力为198.63MPa，发生在角点支架与水箱壳体连接处。