Workbench热分析实例之一.

基于ANSYSWORKBENCH的通电导线的热分析本篇文章是关于ANSYS WORKBENCH的耦合场分析的一个例子。

一根导线在通稳恒电流后会发热，这属于电-热耦合分析，例子本身很简单，只是说明WORKBENCH自带的耦合分析系统的使用。

【问题描述】一根裸露导线，电阻为R，通过电流为I，需要计算电线中心温度和表面温度。

已知导线的长度为0.1米，截面半径为0.005米，导线的热传导率是60.5瓦每米摄氏度，电阻率是1.7e-1欧姆米，电流大小是20安培，环境温度是20摄氏度，导线裸露表面与空气的对流换热系数是5瓦特每平方米摄氏度。

X（注：该题来自于《ANSYS 13.0 WORKBENCH数值模拟技术》，许京荆编著）【问题分析】ANSYS WORKBENCH中自带热电分析系统，可以直接进行热电耦合分析。

使用过程与一般分析相同。

【求解过程】1.打开ANSYS WORKBENCH14.52.创建热-电分析系统。

3.创建材料模型。

双击engineering data进入到工程数据中。

系统默认的钢材的热传导率和电阻率与已知条件相同，不需要修改。

退回到WB界面。

4.创建几何模型。

双击geometry进入到DM中，选择长度单位是毫米。

其尺寸如下图退出DM.5.划分网格。

6.设置边界条件。

设置一个端面电压为零。

设置另外一个端面的电流为20安。

对外圆柱面设置对流边界条件。

7.求解。

8.后处理。

温度云图。

整个导体温度均匀。

电压云图。

焦耳热云图。

本篇文章说明，如何在WORBENCH中通过改变单元的形式来做摩擦生热的耦合分析。

【问题描述】在一个定块上，有一个滑块。

在滑块顶顶面上施加一垂直于表面指向定块的10MPa 的分布力系。

现在滑块在定块表面上滑行3.75mm，要求摩擦而产生的热量,并计算滑块和定块内部的温度分布和应力分布。

定块的尺寸:宽5mm，高1.25mm,厚1mm滑块的尺寸：宽1.25mm，高1.5mm，厚1mm材料：弹性模量：7e10Pa;泊松比：0。

3；密度:2700kg/m（3）;热膨胀系数：23。

86e-6/k；摩擦系数：0.2；热导率：150W/（M K）；比热：900J/(kg K）(注)该问题来自于许京荆的《ANSYS13。

0 WORKBNCH数值模拟技术》,中国水利水电出版社，2012，P381。

【问题分析】关键技术分析：此问题属于摩擦生热，不能够使用载荷传递法,而只能使用直接耦合法。

这就是说，只能用一个耦合单元来计算摩擦生热问题。

解决该问题的基本思路如下:(1）使用瞬态结构动力学分析系统（2）在该系统中更改单元为PLANE223，它是一个耦合单元，可以完成多种耦合分析,这里使用其结构—热分析功能。

（3）定义两个载荷步,第一步将动块移动到指定位置，第二步保持最终位置，以获得平衡解。

(4）在求解设置中，关闭结构分析的惯性部分，而只做静力学结构分析，但是对于热分析仍旧做瞬态热分析.(5）由于使用了瞬态动力学分析，结果中默认是没有温度可以直接从界面中得到的.需要自定义结果，提取温度.（6)此问题要多处使用插入命令的方式，从而可以在WORKBENCH中使用APDL的功能。

（7）瞬态结构动力学分析系统的工程数据中,无法得到热分析的部分参数,所以需要先创建一个单独的工程数据系统，然后把它与瞬态结构动力学分析的工程数据单元格相关联。

（8）在DM中创建两个草图，然后根据草图得到面物体.再对这两个面物体进行平面应力的分析。

（9）本博文的主要目的是要阐述：如何在WORKBENCH中使用耦合单元进行多物理场的耦合分析。

第12章 热分析 热力学分析（简称热分析）用于计算一个系统或部件的温度分布及其他各种热物理参数，如热量的获取与损失、热梯度、热流密度（热通量）等。

热分析在许多工程应用中扮演着非常重要的角色，如内燃机、涡轮机、换热器、电子元件等。

★ 了解传热的基础知识。

12.1 传热概述传热分析（Steady-State Thermal Analysis ）遵循热力学第一定律，即能量守恒定律。

对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出），则：PE KE U W Q Δ+Δ+Δ=−式中Q 为热量，W 为所做的功，ΔU 为系统的内能，KE Δ为系统的动能，PE Δ为系统的势能。

对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ΔΔ若不考虑做功，即0=W ，则U Q Δ=；对于稳态热分析：0=Δ=U Q即流入系统的热量等于流出的热量；对于瞬态热分析：q dU dt =即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。

12.1.1 传热方式热分析包括热传导、热对流、热辐射三种传热方式。

ANSYS Workbench 17.0有限元分析从入门到精通1．热传导热传导可以定义为完全接触的两个物体之间，或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能交换。

热传导遵循傅里叶定律：dxdT k q −=′′ 式中q ′′为热流密度（W/m 2），k 为导热系数。

2．热对流热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间，由于温差的存在引起的热量交换。

热对流可以分为两类：自然对流和强制对流。

热对流用牛顿冷却方程来描述：)(B T S T h q −=′′ 式中h 为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、膜系数等），S T 为固体表面的温度，B T 为周围流体的温度。

3．热辐射热辐射是指物体发射电磁能，并被其他物体吸收转变为热的热量交换过程。

物体温度越高，单位时间内辐射的热量就越多。

热传导和热对流都需要有传热介质，而热辐射无须任何介质。

实质上，在真空中的热辐射效率最高。

传热学上机实验指导书ANSYS Workbench 热分析基础教程编制：杨润泽汽车工程系热能教研室2012年7月1.大平板一维稳态导热问题1.1. 问题描述长500mm，宽300mm，厚度30mm的大钢板，钢板上下表面的温度分别为200℃和60℃，钢的导热率为30W/(m·K)，试分析钢板温度分布和热流密度。

图1-1 大平板一维稳态导热模型1.2. 问题分析该问题为稳态导热问题，分析思路如下：1.选择稳态热分析系统。

2.确定材料参数：稳态导热问题，仅输入平板导热率。

3.【DesignModeler】建立钢板的几何模型。

4.进入【Mechanical】分析程序。

5.网格划分：采用系统默认网格。

6.施加边界条件：钢板上下表面施加温度载荷，四周对称面无热量交换，为绝热边界，系统默认无需输入。

7.设置需要的结果：温度分布和热流密度。

8.求解及结果显示。

1.3. 数值模拟过程1、选择稳态热分析系统1)工程图解中调入稳态热分析系统Steady-State Thermal（ANSYS）2)工程命名Conduction Thermal Analysis3)保存工程名为Conduction Heat Transfer2、确定材料参数1)编辑工程数据模型，添加材料的导热率，右击鼠标选择【Engineering Data】【Edit】2)选择钢材料属性【Properties of Outline Row 3: Structure Steel】【Isotropic ThermalConductivity】3)出现【Table of Properties Row 2: Thermal Conductivity】材料属性表，双击鼠标，点击每个区域输入材料属性参数：温度20℃，导热率30W/(m·℃)。

4)参数输完后，工程数据表显示导热率-温度图表。

3、DM建立模型1)选择【Geometry】【New Geometry】，出现【DesignModeler】程序窗口，选择尺寸单位【Millimeter】。

workbench有趣案列
ANSYS Workbench 是一个强大的工程仿真软件平台，可以用于处理各种复杂的系统和组件。

下面是一些有趣的ANSYS Workbench 案例：
1.风力发电机设计：在Workbench中，可以使用CFD （Computational Fluid Dynamics）工具对风力发电机进行流场分析，优化设计，使其在风力利用效率方面达到最优。

2.汽车碰撞测试：利用Workbench的结构分析模块，可以对汽车进行碰撞测试分析，评估其结构强度和安全性。

3.机器人手臂优化：通过Workbench的优化设计模块，可以针对机器人手臂的各项性能指标进行优化，提高其运动性能和效率。

4.电子设备散热设计：使用Workbench的热分析工具，可以帮助设计者对电子设备的散热性能进行模拟和优化，确保设备在高负荷情况下仍能保持良好的散热效果。

5.航空发动机性能预测：通过Workbench的流体动力学分析工具，可以模拟航空发动机的工作过程，预测其性能表现，为发动机的设计和优化提供依据。

这些案例只是展示了Workbench的部分功能和应用场景，Workbench平台还具有更多高级功能和复杂的工程应用可能性。

本篇文章说明，如何在WORBENCH中通过改变单元的形式来做摩擦生热的耦合分析。

【问题描述】在一个定块上，有一个滑块。

在滑块顶顶面上施加一垂直于表面指向定块的10MPa的分布力系。

现在滑块在定块表面上滑行3.75mm，要求摩擦而产生的热量，并计算滑块和定块内部的温度分布和应力分布。

定块的尺寸：宽5mm，高1.25mm，厚1mm滑块的尺寸：宽1.25mm，高1.5mm，厚1mm材料：弹性模量：7e10Pa;泊松比：0.3；密度：2700kg/m(3);热膨胀系数：23.86e-6/k；摩擦系数：0.2；热导率：150W/(M K)；比热：900J/(kg K）(注)该问题来自于许京荆的《ANSYS13.0 WORKBNCH数值模拟技术》,中国水利水电出版社，2012，P381.【问题分析】关键技术分析：此问题属于摩擦生热，不能够使用载荷传递法，而只能使用直接耦合法。

这就是说，只能用一个耦合单元来计算摩擦生热问题。

解决该问题的基本思路如下:(1) 使用瞬态结构动力学分析系统（2）在该系统中更改单元为PLANE223,它是一个耦合单元，可以完成多种耦合分析，这里使用其结构-热分析功能。

（3）定义两个载荷步，第一步将动块移动到指定位置，第二步保持最终位置，以获得平衡解。

（4）在求解设置中，关闭结构分析的惯性部分，而只做静力学结构分析，但是对于热分析仍旧做瞬态热分析。

（5）由于使用了瞬态动力学分析，结果中默认是没有温度可以直接从界面中得到的。

需要自定义结果，提取温度。

（6）此问题要多处使用插入命令的方式，从而可以在WORKBENCH中使用APDL的功能。

（7）瞬态结构动力学分析系统的工程数据中，无法得到热分析的部分参数，所以需要先创建一个单独的工程数据系统，然后把它与瞬态结构动力学分析的工程数据单元格相关联。

（8）在DM中创建两个草图，然后根据草图得到面物体。

再对这两个面物体进行平面应力的分析。

（9）本博文的主要目的是要阐述：如何在WORKBENCH中使用耦合单元进行多物理场的耦合分析。

Workbench-Simulation Heat Transfer 11.0Workshop 10流体热单元和热应力分析分析Workshop Supplement •一个有内部热源的物块(4m x 10m x 1m)，通过三个水流通道(直径0.25m)进行冷却。

•计算流体的最大温度和全部的热流•通道由一维流体热单元“Pipe” 进行建模水流通道以线框方式查看分析参数Workshop Supplement•材料属性ρhVD =–使用钢材料Re启动几何文件Workshop Supplement•双击几何文件passages.agdb•查看实体模型。

附加三条线，用来表示水流。

–Solid–Center,Right,Left•查看参数管理器中的内容查看参数管中的内容•返回到Project页，然后启动一个新的仿真分析。

高亮仿真Workshop Supplement使用米作为长度单位指定水的材料属性Workshop Supplement •在Geometry下，高亮“Center” ，找到默认设置—Structural Steel。

•在水的细节栏中，左击Structural Steel然后选择新材料…•右击New Material，输入值并重命名为Water。

N M t i l输入值并重命名为W t设置材料属性Workshop Supplement •类似的，设置其他两条水流通道的材料属性…–在Right和Left下，将Structural Steel替代为S l S lWater。

钢的材料属性Workshop Supplement •接受Simulation定义的钢材料属性。

料属性分析类型Workshop Supplement •New Analysis –Steady State Thermal水流的几何–命令行Workshop Supplement•单元类型:默认情况下Si l ti将线定义为梁我们使用命令行来覆盖这个默认–默认情况下，Simulation将线定义为梁。

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ANSYS 热分析实例教程—一灯论坛罗勇梨提供
1.
打开软件
2.选取模块
3.导入零件
4.设定零件的材料特性
点击Part 1,出来上示对话档(在左下角),在Material 一栏中选择New material 来设定材料的散热系数,如下图:选择Thermal 一栏,
在
中先输入数值,再点击前面方框,以保存.完
成后退出对话框
.
或选Import 直接设定零件材质(如材料能在Ansys 的材料库中找到,否则一般都采用前一种方法
):
5.创建网格
右键点击Mesh---Generate Mesh,自动创建即可.
6.设定分析项目.
在New anslysis 下拉菜单中选择稳态分析(Steady-State Thermal)
7.设定对流参数
按下图步骤点选:点击处,会弹出2处菜单,点选
.
8.设定热源
9.计算
如图右键弹出下拉菜单点选Temperature.
再右键Solve.。