ANSYS大型变压温度场的有限元分析
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第一章绪论1.1内燃机活塞组有限元研究的背景和意义内燃机是目前世界上应用最广泛的热动力装置,它主要利用燃料燃烧释放出的热能产生有用的机械能做功。
经历了百余年的发展,内燃机领域己经取得了长足的进步。
在现今的社会中,几乎所有的交通工具均以内燃机做其核心的动力源。
回溯整个20世纪,内燃机技术的成熟推动了整个人类社会向前进步,其广泛的应用也造就了这个世纪的繁荣。
随着各种新技术的研究成果应用到发动机设计过程中,以及愈来愈严格的排放法规的现在,发动机正想着高转速,高功率和低油耗的方向发展。
功率的提高必然带来一些负面的影响。
如加重了活塞的热负荷,使得活塞的温度超过活塞材料所能承受的味道,大大降低了活塞磁疗的强度,严重时可能活塞会出现龟裂甚至烧损。
缸内爆发压力增加是活塞和缸体,缸盖承受的接卸符合增大。
可能导致活塞和缸体缸盖因强度不足而产生破坏。
此外压力升高率过大时,会产生敲缸现象,增加发动机的燃烧噪声,当提高发动机的转速以增大发动机的功率时,各个运动部件的惯性力也随着增加,使得活塞销和活塞销座的受力问题更为突出。
缸体对活塞的支撑力也增大。
于是发动机的噪声问题成为整车噪声中的主要问题【21】。
尽管转速的自己可以减少发动机的传热损失,但却同时造成发动机的NOx排放增加,在排放法规要求日益严格的今天,这一问题的得与失显得要慎重考虑。
不仅如此,还会造成摩擦损失的增加。
在满足发动机高功率设计的同时,必须要考虑发动机的温度和强度方面的要求。
发动机是一切动力装置的新章,而作为发动机关键部件的活塞又是重中之重,活塞热负荷和热强度问题的解决常常是提高征集技术水平的关键,直接影响内燃机工作可靠性和耐久性。
为了减少发动机的整机重量和提高功率,中小型柴油机几乎都采用铝合金作为材料,为了减少活塞的传热和热负荷,人们正尝试使用陶瓷作为活塞的材料。
有限元法是当今工程分析中应用最广泛的数值计算方法。
由于它的通用性和有效性,受到工程技术界的高度重视。
《ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用》篇一一、引言随着科技的不断进步,ANSYS有限元分析软件在工程领域的应用越来越广泛。
其中,热分析作为工程领域的一个重要部分,ANSYS软件在其中发挥了重要作用。
本文将详细探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用,包括其基本原理、应用领域、优势及挑战等方面。
二、ANSYS有限元分析软件基本原理ANSYS是一款功能强大的有限元分析软件,广泛应用于结构、流体、电磁场和热分析等领域。
在热分析中,ANSYS利用有限元法将复杂的连续体离散化,将求解域划分为一系列的单元体,然后通过对每个单元进行分析,从而得出整个结构的热行为特性。
三、ANSYS在热分析中的应用1. 稳态热分析稳态热分析主要用于研究物体在恒定温度场下的热行为。
通过ANSYS软件,可以建立物体的三维模型,设置材料属性、边界条件等参数,然后进行稳态热分析。
分析结果可以用于产品设计、优化和性能评估等方面。
2. 瞬态热分析瞬态热分析主要用于研究物体在温度场随时间变化情况下的热行为。
例如,在汽车发动机、电子设备等领域的热管理中,需要了解设备在运行过程中的温度变化情况。
通过ANSYS软件进行瞬态热分析,可以得出设备在不同时间点的温度分布情况,为产品设计、优化和故障诊断提供依据。
四、ANSYS在热分析中的优势1. 高精度:ANSYS软件采用先进的有限元法,可以将求解域划分为足够小的单元体,从而得出较为精确的解。
2. 多物理场耦合分析:ANSYS可以用于多物理场耦合分析,包括热-结构耦合、热-流体耦合等,能够更全面地反映实际工程问题的复杂性。
3. 丰富的材料库:ANSYS拥有丰富的材料库,可以用于模拟各种材料的热性能。
4. 强大的后处理功能:ANSYS具有强大的后处理功能,可以方便地查看和分析计算结果,为工程设计提供有力支持。
五、挑战与展望尽管ANSYS在热分析中具有诸多优势,但仍面临一些挑战。
例如,在处理大规模复杂问题时,计算资源的消耗较大;对于某些特殊材料和复杂结构的建模和分析难度较高;此外,ANSYS软件的学系成本较高,需要专业知识和技能。
大型有限元分析软件ANSYS的特点王友海 颜慧军 胡长胜 ANSY S程序是美国ANSY S公司研制的大型有限元分析(FE A)软件,自1970年John S wans on博士洞察到计算机模拟工程应该商品化,创建了AN2 SY S公司以来,ANSY S程序已发展成为全球范围一个多用途的设计分析软件。
ANSY S程序是一个功能强大的设计分析及优化软件包。
与其它有限元分析软件如S AP或NAS2 TRAN等相比,它有以下特点:(1)ANSY S是完全的WI NDOWS程序,从而使应用更加方便;(2)产品系列由一整套可扩展的、灵活集成的各模块组成,因而能满足各行各业的工程需要;(3)它不仅可以进行线性分析,还可以进行各类非线性分析;(4)它是一个综合的多物理场耦合分析软件,用户不但可用其进行诸如结构、热、流体流动、电磁等的单独研究,还可以进行这些分析的相互影响研究,例如:热—结构耦合,磁—结构耦合以及电—磁—流体—热耦合等。
本文将以ANSY S/Structural (结构)模块为例,详细研究该软件的功能及特点。
1 结构静、动力分析111 结构静力分析ANSY S程序中结构静力分析,用来求解外载荷引起的位移、应力、和力。
静力分析适合于求解惯性及阻尼的时间相关作用对结构响应的影响不显著的问题。
ANSY S程序中静力分析同样能包括非线性,如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触面等。
有关非线性内容后面将详细叙述。
112 结构动力分析结构动力分析用来求解随时间变化的载荷对结构或部件的影响。
ANSY S程序可以求解下列类型的动力分析问题:瞬态动力、模态、谐波响应及随机振动。
11211 瞬态分析瞬态分析(也称时间—历程分析)用于确定结构承受随时间变化载荷时的动力响应。
ANSY S求解瞬态动力问题有三种方法:全瞬态动力分析方法,凝聚法和模态叠加法。
11212 模态分析图1 皮带轮模态分析(虚线表示未变形形态)当需要结构的自然频率时,模态分析是很有用的(图1)。
ANSYS计算大体积混凝土温度场的关键技术在大型混凝土结构建设的过程中,温度场分析对保障混凝土结构的安全性至关重要。
ANSYS作为工程领域中常用的数值模拟工具,能够对混凝土温度场进行准确的计算,为混凝土结构的设计和施工提供科学依据。
但是,对于大体积混凝土的温度场计算,存在一些关键技术需要考虑,下面将进行详细介绍。
1. 混凝土的物理性质混凝土的物理性质是温度场模拟中的关键因素之一。
混凝土在浇筑后的初凝期、成型期、硬化期、老化期等各个阶段的物理性质都存在巨大的变化。
因此,在进行混凝土的温度场计算前,需要准确地测量混凝土在不同时间点的物理性质,如热导率、比热容、密度等。
2. 热源的模拟混凝土的温度场计算需要考虑混凝土内部的各种热源对温度场的影响。
建筑中的热源包括太阳辐射、室内外温度差、人体热辐射等,需要对这些热源进行准确的模拟。
3. 初始条件的设置混凝土温度场计算的初始条件设置直接影响计算结果的准确性。
混凝土在浇筑后的初始温度值、初始变形状态的设置等都需要进行准确、合理的处理。
4. 传热模型的选择对于大体积混凝土的温度场计算,需要选择合适的传热模型。
传热模型可以根据混凝土的物理性质和热源的模拟情况,选择适用于不同情况下的传热模型,如动态传热模型、静态传热模型等。
5. 计算方法的选择针对大体积混凝土温度场的计算,需要选择合适的计算方法。
常用的方法有有限元法、有限差分法等,需要根据混凝土内部温度场、变形场等的变化情况,选择合适的计算方法。
6. 数值模拟使用ANSYS进行混凝土温度场计算,需要进行数值模拟。
数值模拟是对真实物理系统的数学模拟,通过建立数学模型,利用计算机运算获得物理系统的各种行为特性,如温度场、应力场、变形场等。
7. 计算结果的验证在进行混凝土温度场计算后,需要对计算结果进行验证。
验证结果通常采用实验测试的方式进行验证,如温度测试、原位应力测试、变形测试等。
,针对大体积混凝土温度场计算,需要考虑混凝土的物理性质、热源模拟、初始条件设置、传热模型选择、计算方法选择、数值模拟和计算结果验证等方面的关键技术,以保证计算结果的准确性和可靠性。
基于ANSYS的温度场仿真分析引言:在工程领域中,温度场分布的仿真分析是一项重要的工作。
温度场分布的准确预测和优化设计对于许多工业过程和产品的设计和改进至关重要。
在这里,我们将介绍一种基于ANSYS软件的温度场仿真分析方法。
一、ANSYS软件简介ANSYS是一种广泛使用的通用有限元分析(FEA)软件。
它提供了强大的功能,可以进行多种物理和工程仿真分析。
其中,温度场分布的仿真分析是ANSYS的一个主要功能之一二、温度场仿真分析的步骤1.几何建模:使用ANSYS的几何模块进行物体的几何建模。
可以通过绘制二维或三维几何形状来定义和创建模型。
2.网格划分:对几何模型进行网格划分,将其划分为小的单元,以便进行离散化计算。
网格划分的质量直接影响到仿真结果的准确性和计算速度。
3.边界条件设置:根据具体的问题,设置物体表面的边界条件。
边界条件包括固定温度、传热系数、对流换热等。
边界条件设置的准确与否对温度场的分布有重要影响。
4.材料属性定义:为物体的各个部分定义材料属性,包括热导率、热容量等。
这些属性是模型中的重要参数,直接影响到温度场的分布。
5.求解和后处理:设置求解算法和参数,开始进行仿真计算。
求解器根据网格和边界条件,通过计算方程的数值解确定温度场的分布。
计算完成后,可以进行后处理,生成温度场分布的图表和报告。
三、温度场仿真分析的应用温度场仿真分析在多个工程领域中得到广泛应用。
以下是几个示例:1.电子设备散热优化:通过温度场仿真分析,可以评估电子设备中的热量分布,优化散热设计,确保电子设备的正常运行和寿命。
2.汽车发动机冷却系统:通过温度场仿真分析,可以预测汽车发动机冷却系统中的温度分布,优化冷却器的大小和位置,提高冷却效果。
3.空调系统设计:通过温度场仿真分析,可以预测房间内的温度分布,优化空调系统的风口布置和参数设置,实现舒适的室内温度。
4.熔炼和混合过程优化:通过温度场仿真分析,可以预测熔炼和混合过程中的温度分布,优化加热和冷却控制,提高生产效率和产品质量。
ANSYS温度场分析步骤ANSYS是一个计算机辅助工程软件,用于各种工程应用,包括温度场分析。
温度场分析主要是用于研究物体或系统内部的温度分布和传热过程,可以帮助工程师设计和改进各种设备和系统。
下面是ANSYS温度场分析的步骤:1.准备工作:在进行温度场分析之前,首先需要准备好相关的几何模型和网格模型。
几何模型可以由CAD软件创建,而网格模型则需要使用ANSYS的网格生成工具进行网格划分。
在划分网格时,需要根据物体的几何形状和分析需求选择适当的划分网格的密度。
2.定义材料属性:在进行温度场分析之前,需要定义材料的热传导特性。
在ANSYS中,可以通过输入材料的热导率、热容和密度来描述材料的热性能。
3.设置边界条件:在进行温度场分析时,需要设置边界条件来模拟实际工况。
边界条件包括:初始温度、加热或冷却速率、边界热通量以及固定温度等。
这些条件将对温度场分析结果产生重要影响,需要根据实际情况进行合理设置。
4.定义物理模型:在进行温度场分析之前,需要定义物理模型,包括所分析的物体的几何形状和边界条件。
在ANSYS中,可以通过绘制几何模型和设置边界条件来定义物理模型。
5.进行温度场分析:在完成前面的准备工作后,就可以进行温度场分析了。
在ANSYS中,可以使用热传导分析模块来进行温度场分析。
热传导分析模块可以通过求解热传导方程来计算温度场的分布。
分析结果可以包括温度场分布图、热通量分布图等。
6.分析结果的后处理:在进行温度场分析之后,需要对分析结果进行后处理。
后处理包括对温度场分布图进行可视化分析,并进行更详细的结果解释。
可以通过ANSYS提供的后处理工具来进行分析结果的可视化。
7.结果验证和优化:在进行温度场分析之后,可以对分析结果进行验证和优化。
验证可以通过与实际测量数据进行对比来确定模型的准确性和可靠性。
优化则可以通过调整边界条件、几何形状或材料属性等来提高设计的性能。
总结:ANSYS温度场分析是一个非常强大和灵活的工程分析工具,可以用于各种工程应用。
实验名称:温度场有限元分析一、实验目的1. 掌握Ansys分析温度场方法2. 掌握温度场几何模型二、问题描述井式炉炉壁材料由三层组成,最外一层为膨胀珍珠岩,中间为硅藻土砖构成,最里层为轻质耐火黏土砖,井式炉可简化为圆筒,筒内为高温炉气,筒外为室温空气,求内外壁温度及温度分布。
井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。
表1 井式炉炉壁材料的各项参数三、分析过程1. 启动ANSYS,定义标题。
单击Utility Menu→File→Change Title菜单,定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine”2.定义单位制。
在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”,并按Enter 键3. 定义二维热单元。
单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单,选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE554.定义材料参数。
单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic,在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04,单击OK。
6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08,点击Material新建Material Model菜单。
7.建立模型。
单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。
在RAD1文本框中输入0.86,在RAD2文本框中输入0.86-0.065,在THERA1文本框中输入-3,在THERA2文本框中输入3,单击APPL Y按钮。
8.重复第7步,输入RAD1=0.86-0.065,RAD2=0.86-0.245,单击APPL Y;输入RAD1=0.86-0.245,RAD2=0.86-0.36,单击OK。
ANSYS有限元分析入门与应用指南第一章:ANSYS有限元分析概述ANSYS是一种常用于工程领域的有限元分析软件,主要用于对各种结构进行力学分析、流体动力学分析、热传导分析等。
本章将对ANSYS的基本原理、工作流程和应用领域进行介绍。
1.1 ANSYS的基本原理ANSYS基于有限元方法,将实际结构或系统离散为有限数量的单元,通过对单元进行各种物理特性的分析,最终得到整个结构的行为。
有限元方法是一种数值分析方法,可以有效解决传统方法难以处理的复杂问题。
1.2 ANSYS的工作流程ANSYS的工作流程包括几个关键步骤:前处理、求解和后处理。
前处理阶段主要负责模型的建立和单元网格的划分,求解阶段进行物理场的计算和求解,后处理阶段对结果进行可视化和分析。
1.3 ANSYS的应用领域ANSYS可应用于各个工程领域,如固体力学、流体力学、热传导、电磁场等。
在航空航天、汽车工程、建筑结构、电子设备等领域都有广泛的应用。
第二章:ANSYS建模与前处理在使用ANSYS进行有限元分析之前,需要对模型进行建模和前处理工作。
本章将介绍ANSYS建模的基本方法和前处理的必要步骤。
2.1 模型建立ANSYS提供了多种建模方法,包括几何建模、CAD导入、脚本编程等。
用户可以根据需要选择合适的建模方法,对模型进行几何设定。
2.2 材料定义和属性设置在进行有限元分析之前,需要为材料定义材料性质和属性。
ANSYS提供了多种材料模型,用户可以根据具体需求进行选择和设置。
2.3 网格划分网格划分是有限元分析中非常重要的一步,它决定了模型的离散精度和计算效果。
ANSYS提供了多种单元类型和划分算法,用户可以根据需要进行合理的网格划分。
第三章:ANSYS求解与后处理在进行前处理完成后,就可以进行有限元分析的求解和后处理了。
本章将介绍ANSYS的求解方法和后处理功能。
3.1 求解方法ANSYS提供了多种求解方法,如直接法、迭代法等。
根据模型的复杂程度和求解要求,用户可以选择合适的方法进行求解。
基于ansys的冻结过程中温度场的有限元分析当系统处于冻结状态时,物理量如温度场的变化是很重要的,而且从环境以及与之有关的实际工程中也有重要的应用。
有限元分析(FEM)已经广泛应用于分析研究冻结状态下物理量(如温度场)的变化。
本文将使用ANSYS软件(Finite element Analysis, FEA),在研究有限元技术在冻结过程中温度场分析方面的应用,以期确定不同材料和环境条件下冻结深度的影响。
背景知识冻结是一种特定的过程,在冻结过程中,温度将从最初的正温度(或特定的高温)下降。
如果材料热容量非常大,则温度将减少得很慢。
为了研究这种情况,需要使用有限元(FE)分析法以及ansys软件。
ANSYS软件是一款专门用于多物理场仿真研究的一款商业有限元分析软件。
它利用有限元(FE)分析方法来模拟多物理场耦合系统,比如流体力学、热传导、振动、结构分析等等。
方法本文使用ANSYS软件,进行有限元分析,研究冻结过程中的温度场变化。
在该研究中,我们采用了一种简单的工程模型,模拟一个椭圆形的铝层被覆盖在玻璃表面上,而后又覆盖上一层塑料,当外界环境温度降到零度时,在这三层材料之间发生冻结过程。
结果本研究发现,当外部温度以1°C/h的速率下降时,层之间的温度发生了很大的变化,塑料层内部温度比玻璃表面温度还要低,而铝层内部温度比塑料层内部温度更低。
当外部温度降到-20°C时,塑料层内部温度降至-20.1°C,而铝层内部温度降至-20.4°C。
结论与展望实验研究表明,不同的材料条件和环境条件对冻结深度有很大的影响,玻璃表面温度会受到材料良好的导热性能的改善,而塑料层内部温度会降低得更深,其冻结深度也会较铝层内部温度更低。
本文研究表明,采用有限元分析法,可以较好地分析冻结过程中温度场的变化,因此,该技术在冻结深度研究方面是非常有用的,可以有效地解决实际工程中面临的问题。
总结本文以《基于ANSYS的冻结过程中温度场的有限元分析》为标题,通过使用ANSYS软件,以及有限元分析方法,研究冻结过程中不同材料和环境条件下温度场的变化情况。
文章编号:100926825(2007)0720086203温度场和温度应力的有限元分析收稿日期6225作者简介彭静美(82),女,石家庄铁道学院结构工程专业硕士研究生,河北石家庄 53于连顺(82),男,广西大学岩土工程专业硕士研究生,广西南宁 53彭静美 于连顺摘 要:阐述了平面温度场与温度应力进行有限元分析的全过程,结合ANSYS 大型软件对温度场与温度应力进行了模拟计算,为实际工程中考虑温度场与温度应力的作用提供了依据。
关键词:温度场,温度应力,有限元,模拟计算中图分类号:TU317.3文献标识码:A 热应力问题一直以来只有在高温结构中才考虑,但近几十年的事故表明,混凝土结构有可能在水泥水化热剧烈以及环境温度变化大的作用下出现破坏,因此逐渐引起人们的关注。
由于有限元分析方法不仅能够给出结构的内力和变形发展的全过程,能够对结构的极限承载力和变形作出评估,揭示出结构的薄弱部位及性态,对研究混凝土结构的性能,改进工程设计和施工都有重要的意义。
它还能够有效分析结构的温度场和温度应力,是对温度应力与一般应力共同作用的结构进行计算的最有效的方法。
1 温度场与温度应力的有限元分析现以混凝土结构为例,对温度场与温度应力的计算过程进行说明。
由于气温及结构所受的日照强度随时间不断变化,因此,结构表面的温度场是瞬态的。
首先应该计算截面的温度场求出网格单元各节点的温度变化量,然后再计算温度应力。
1.1 平面瞬态温度场根据热传导理论[124],在混凝土中,热的传导满足下列微分方程:ρC 9T 9τ=k(92T 9x 2+92T 9y 2)+qv(1)其中,T 为温度,℃;τ为时间,s ;x ,y 为直角坐标;k 为导热 钢结构住宅产业化是一项涉及众多行业、众多环节的系统工程。
掌握了钢结构住宅体系成套技术,建立其相应的产业化运作方式,是推进钢结构住宅产业化的关键。
鉴于目前我国钢结构住宅的发展水平、我国住宅产业化的发展趋势和要求,针对如何发展我国钢结构住宅产业化,主要从以下三方面提出相应的发展策略。
第3章温度场有限元法分析理论基础在制造加工领域中,通过计算机模拟各种加工过程是非常方便有效的方法之一。
磨削过程也可以通过建立数值分析模型模拟整个磨削的过程,不仅可以预测实验可能发生的情况也可以减少实验的次数。
于是,越来越多的学者使用有限元技术对磨削过程进行分析、研究。
通过有限元法分析磨削区温度场既有利于对磨削机理的理解,也是一种优化机械加工工艺的有力工具,而且在考虑多种因素、非线性、动态过程分析等复杂情况时其优势尤为显著。
3.1有限元法简介3.1.1 有限元法的基本思想有限单元法是目前在工程领域内常用的数值模拟方法之一。
目前在工程领域内常用都是数值模拟方法包括有限单元法、边界元法、离散单元法和有限差分法等。
有限元单元法的基本思想就是将连续的结构离散成有限多个单元,并在每一个单元中设定有限数量的节点,讲连续体看做是节点处连续的一组单元的集合体,同时选定场函数的节点值作为基本未知量,并在第一单元中假设一个插值函数来表示单元中场函数的分布规律,进而利用弹性力学、固体力学、结构力学等力学中的变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元方程,从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中有限自由度问题。
求解法就可以利用解得的节点值和设定的插值函数来确定单元上以至整个集合上的场函数。
有限元分析的基本概念就是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一个单元假定一个较简单的近似解,然后推导求解这个域总的满足条件,从而得到问题的近似解。
由于大多数实际问题难以得到准确解,有限元法不仅仅计算精度高而且能够适应各种复杂形状,因此称为行之有效的工程分析手段。
3.1.2有限元热分析简介热分析是指用热力学参数或者物理参数随着温度变化的关系进行的分析方法。
国际热分析协会在1977年将热分析定义为:“热分析是测量在程序控制温度下,物质的物理性质与温度依赖关系的一类技术。
”程序控制温度指的是按某种规律加热或冷却,通常是线性升温或降温。
大型通用有限元分析软件ANSYS简介ANSYS是一款大型通用有限元分析软件,广泛用于工业、医疗、交通等领域中的工程分析和仿真。
本文将对ANSYS的功能、特点和应用进行详细介绍。
功能简介ANSYS拥有丰富的功能,包括:•有限元分析:ANSYS可以对各种结构进行基于有限元计算的工程分析和仿真,包括热力学、动力学、流体力学等。
•多物理场模拟:ANSYS可以同时对多个物理场进行分析和仿真,如热力学、流固耦合、磁场等。
•材料建模:ANSYS支持多种材料的建模和分析,包括塑性、疲劳、断裂等。
•优化:ANSYS可以对设计进行自动化的优化,以满足不同的性能和成本要求。
•可视化:ANSYS可以通过可视化工具对模拟结果进行可视化,方便用户分析和理解仿真结果。
特点简介ANSYS的特点主要包括:•通用性:ANSYS是一款通用的有限元分析软件,可以应用于各种工程领域的分析和仿真。
•灵活性:ANSYS支持多种材料和物理场的分析,可以根据需要进行个性化的设置。
•精度:ANSYS的有限元计算技术可以提供高精度的分析结果。
•效率:ANSYS的并行计算技术可以显著提高仿真的效率,同时支持云计算和本地计算。
应用简介ANSYS广泛应用于各种工程领域,包括:•航空航天:用于飞机、火箭等结构和系统的分析和仿真。
•汽车工程:用于汽车零部件和整车的优化分析和仿真。
•医疗器械:用于医疗器械的设计和性能分析。
•电子设备:用于电子设备的热和电性能分析和仿真。
•建筑工程:用于建筑结构的分析和仿真。
总结ANSYS是一款功能丰富、通用性强、精度高的大型有限元分析软件,广泛应用于各种工程领域中的分析和仿真。
作为一名工程师,掌握ANSYS的使用,可以提高工程设计的效率和精度,为项目的成功实施提供有力的支持。
ansys apdl有限元带温度条操作ANSYS APDL(ANSYS Parametric Design Language)是一种强大的有限元分析软件的命令语言,它可以用于建模、求解和后处理各种工程问题。
在ANSYS APDL中,温度是有限元分析中常见的一个物理量,可以通过温度条来可视化温度变化,并对温度进行分析和后处理。
温度条操作对于理解温度场的分布和变化非常有用。
通过温度条,用户可以直观地了解模型中不同部位的温度差异,并可以根据温度分布的不同来判断是否存在热点或过热区域。
下面将介绍在ANSYS APDL中如何进行有限元分析和温度条的操作。
首先,我们需要使用ANSYS APDL建立模型并进行有限元分析。
在ANSYS APDL软件中,用户可以使用预定义的命令进行建模,也可以通过命令语言自定义模型。
在建模过程中,需要指定材料属性、几何形状、边界条件和加载条件等。
在定义边界条件时,可以设置温度边界条件,例如在模型上的某些表面上或某些节点上指定温度值,也可以指定固定温度区域,以及对应的热流量等。
当模型定义完毕并求解时,可以进行后处理操作。
后处理指的是对模型求解结果进行进一步分析和可视化。
此时,我们可以通过温度条来对温度场进行可视化。
ANSYS APDL提供了丰富的后处理命令,包括绘制温度云图、温度曲线、等温线等。
用户可以根据需要选择适当的后处理命令,对温度进行进一步的分析和展示。
例如,我们可以使用POST1命令来创建一个温度云图。
该命令可以将温度场的分布可视化为彩色图像,不同颜色表示不同温度值。
用户可以通过设置不同的颜色标尺来调整温度图的颜色范围。
此外,用户还可以使用命令操作或图形用户界面来缩放、旋转和平移温度图,以便更好地观察模型的温度分布情况。
除了温度云图,还可以使用POST26命令来绘制温度曲线。
该命令可以绘制在特定位置上的温度随时间的变化曲线。
通过这种方式,用户可以了解模型中特定位置的温度随时间的演化情况,从而判断模型的瞬态响应和稳态特性。
Ansys有限元分析Ansys培训Ansys教程Ansys培训课程培训内容:有限元分析理论、Ansys实体建模、3D图形导入转换、网格划分、前处理及加载和求解、结构强度分析、振动频率分析、谐响应分析、扭曲分析、机构尺寸优化分析、疲劳分析、热力分析、跌落测试、响应谱分析等有限元分析。
(注:Ansys可直接调用pore、UG、Solidworks、catia、solidedge、Inventor 等软件的三维模型,无需转换成IGES、stp等格式就可以直接进行分析,模型在三维软件更新后,可以直接在Ansys里动态更新)应用行业:可应用于机械、汽车、家电、电子产品、家具、建筑、医学骨科等产品设计及研发。
其作用是:确保产品设计的安全合理性,同时采用优化设计,找出产品设计最佳方案,降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题; 模拟各种试验方案,减少试验时间和经费; 是产品设计研发的核心技术,真正的高薪行业!什么是有限元分析?有限元分析(FEA,Finite Element Analysis)的基本概念是将较简单的问题代替复杂问题后再求解。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。
这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。
有限元分析软件及分类:ANSYS有限元分析、Abaqus有限元分析、nastran 有限元分析、hypermesh有限元分析、Dynaform钣金冲压有限元分析、deform 有限元分析、cosmos有限元分析、Proe有限元分析、UG有限元分析、结构有限元分析、流体有限元分析、热力有限元分析、温度场有限元分析、磁场有限元分析。
ANSYS大型变压温度场的有限元分析
杨涛
华北科技学院机电工程系材控B112班
摘要:变压器是一种静止的电能转换装置,它利用电磁感应原理,根据需要可以将一种交流电压和电流等级转变成同频率的另一种电压和电流等级。
它对电能的经济传输、灵活分配和安全使用具有重要的意义;同时,它在电气的测试、控制和特殊用电设备上也有广泛的应用。
如何开发合适的温度场计算技术,准确地计算变压器在各种运行状态下内部线圈、结构件及铁芯等部位的温度,控制内部热点温度不超过其内部绝缘材料的许用温度,从而保证变压器的热寿命,提高变压器的安全可靠性,是企业急需解决的问题。
准确计算出变压器的平均温升和最热点温升,并合理地控制其分布,以满足标准要求,是保证变压器安全、稳定和高校运行的关键。
关键字:温度场;变压器;铁芯;有限元;ANSYS
1引言
变压器是电力网中的主要设备,其总容量达到发电设备总容量的5~6倍。
电力变压器的技术性能、经济指标直接影响着电力系统的安全性、可靠性和经济性。
随着科学技术的发展、生产技术的进步以及新型电工材料的开发应用,变压器的各项性能指标不断刷新,单机容量越来越大,变压器中的漏磁场也随之增大,引起了人们的关注。
在额定运行情况下,漏磁场的增强引起的变压器附加损耗的增加将直接影响变压器的运行效率和产品的竞争力。
严重的是,由于漏磁场在一定范围内的金属结构件中产生的涡流损耗不均匀,有可能造成这些结构件的局部过热现象。
变压器的容量越大,漏磁场就越强,从而使稳态漏磁场引起的各种附加损耗增加,如设计不当它将造成变压器的局部过热,使变压器的热性能变坏,最终导致绝缘材料的热老化与击穿。
在电力系统发生短路时,暂态短路电流产生的漏磁场还可能产生巨大的机械力,对其绝缘和机械结构造成致命威胁。
为了避免此种事故发生,必须对漏磁场进行全面的分析。
为此,对变压器运行的效率、寿命和可靠性提出了越来越高的要求。
变压器在220℃温度下, 保持长期稳定性,在350℃温度下, 可承受短期运行,在很广的温度和湿度范围内, 保持性能稳定,在250℃温度下, 不会熔融,流动和助燃,在750℃温度下, 不会释放有毒或腐蚀性气体。
为了减少过高温度对变压器绝缘材料的影响,使变压器实现预期的使用寿命,保证变压器安全可靠的运行,变压器各部分都有各自所规定的温度极限,现主要对变压器的铁芯和绕组进行有限元分析。
2变压器
2.1变压器的基本原理
由于变压器是利用电磁感应原理工作的,因此它主要由铁心和套在铁心上的两个(或两个以上)互相绝缘的线圈所组成,线圈之间有磁的耦合,但没有电的联系(如图1所示)。
图1 变压器的工作原理图
按图中标明的变量关系,变压器的电动势平衡方程可写成:
假定变压器两边绕组的电压和电动势的瞬时值都按正弦规律变化,可得一次、 二次绕组中电压和电动势的有效值与匝数的关系为:
如果忽略铁磁损耗,根据能量守恒原理,变压器的输入与输出电能相等,即:
由此可得变压器一次、二次绕组中电压和电流有效值的关系:
因此,只要改变一次、二次绕组的匝数比 k ,便可达到变换输出电压 u 2 或 i 2 大小的目的,这就是变压器利用电磁感应原理,将一种电压等级的交流电源转换成同频率的另一种电压等级的交流电源的基本工作原理。
2.2变压器的基本结构
铁心是变压器的主磁路,又作为绕组的支撑骨架。
铁心分铁心柱和铁轭两部分,铁心柱上装有绕组,铁轭是联接两个铁心柱的部分,其作用是使磁路闭合。
绕组是变压器的电路部分,常用绝缘铜线或铝线绕制而成,近年来还有用铝箔绕制的。
为了使绕组便于制造和在电磁力作用下受力均匀以及机械性能良好,一般电力变压器都把绕组绕制成圆形的(如图2所示)。
t ΦN e u d d 111=-=t
ΦN e u d d 222==k N N E E U U ===2121212211I U I U =2
121I I U U =
图2 绕组和铁芯2.3变压器的主要参数
2.4变压器的结构参数
3有限元分析
3.1建模
电磁场数值计算中,首先要解决的问题就是建立数学模型。
一个好的数学模型,既要求能够比较准确地反应客观实际,还要易于求解。
变压器模型剖分图
3.1变压器的剖视图
3.2模型图划分网格
用ANSYS绘制的网格划分之后的图
3.3进行温度场分析
铁芯温度场分布
低温绕组温度场分布
由图中可以看出,绕组由底部向顶部温度升高,并且温差越来越大,顶部温度最高。
热流量分布并不均匀。
油箱外表面温度场分布
4结论
通过对变压器的铁芯和绕组进行温度场有限元分析,可以得出高低压绕组都是随着轴向高度的增大而上升,最热点均靠近端部位置。
高压绕组温升要高于低压绕组,这是因为铝导线的散热差并且高压单层体积大于低压单层体积。
铁心温升轴向高度增加,中间心柱要略高于周边。
不论是高压绕组还是低压绕组,温度分布是不均匀的,下部温度低,上部温度高,绕组的最低温度位于整个绕组的底端,最高温度位于整个绕组的上半部分。
变压器开始工作时,铁心内部最先发热,温度最高,靠近绕组处的铁心较其他地方温升偏高,但其内部温度最终达到了一个近似平衡的状态。
变压器运行过程中绕组的温度高于铁心且绕组和铁心的温度最终会分别达到近似平衡的状态。
通过此次建模及分析,使我对变压器的概念了解加深,在查阅了相关资料和书籍后,建立了简单的模型,在对温度场的分析过程中做的并不全面。
在此次课程中,使我对ANSYS 有限元分析有了初步的了解和认识,ANSYS软件可对多种类型的工程和产品的物理力学性能进行分析、模拟、预测、评价和优化,以是实现产品技术创新,在各个领域中得到了广泛的应用。
希望在以后的学习和工作过程中,能够更加系统和深入的学习有关ANSYS有限元分析的使用技巧,使其在我以后的工作和生活中发挥更大的作用。