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《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，ANSYS在热分析方面的应用具有很高的价值，能对复杂结构的温度分布、热应力等问题进行有效的数值模拟和分析。
本文旨在深入探讨ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用。
二、ANSYS软件及其热分析功能ANSYS是一款广泛应用于机械、电气、流体等多领域的有限元分析软件。
其强大的功能主要得益于其精细的数值计算方法和广泛的适用性。
在热分析方面，ANSYS可以模拟各种复杂的热传导、热对流和热辐射问题，为工程师提供精确的数值结果和直观的图形展示。
三、ANSYS在热分析中的应用1. 模型建立与网格划分在ANSYS中进行热分析，首先需要建立准确的模型并进行网格划分。
ANSYS提供了强大的建模工具，可以方便地建立各种复杂的模型。
同时，其网格划分功能可以根据模型的特点和需求，自动或手动进行网格的生成和优化。
这为后续的热分析提供了可靠的数值基础。
2. 材料属性设定与载荷施加在热分析中，材料属性设定和载荷施加是关键步骤。
ANSYS 提供了丰富的材料库，可以根据实际需要选择合适的材料并进行属性的设定。
同时，根据问题的需求，可以在模型上施加各种类型的热载荷，如温度、热流等。
3. 求解与结果分析完成模型建立、网格划分、材料属性设定和载荷施加后，就可以进行求解了。
ANSYS采用先进的数值计算方法，可以快速得到求解结果。
同时，ANSYS提供了丰富的后处理功能，可以对求解结果进行可视化展示和分析。
例如，可以绘制温度分布图、热流图等，帮助工程师直观地了解问题的特点。
四、ANSYS在热分析中的优势相比传统的实验方法，ANSYS在热分析中具有以下优势：1. 准确性高：ANSYS采用先进的数值计算方法，可以模拟各种复杂的热传导、热对流和热辐射问题，得到的结果更加准确可靠。
2. 效率高：相比传统的实验方法，ANSYS可以在短时间内得到求解结果，大大提高了工作效率。
混凝土结构温度场和温度应力的有限元分析的开题报告1. 研究背景混凝土结构作为一种常见的建筑材料，其温度场和温度应力的研究对建筑工程具有重要意义。
在混凝土的生产、运输、安装和使用过程中，其受到外界温度影响，温度的变化会影响混凝土结构的稳定性和安全性。
因此，在混凝土结构的设计和工程监测中，温度场和温度应力的研究是必要的。
2. 研究目的本研究旨在探讨混凝土结构温度场和温度应力的有限元分析方法，通过建立数值模型，模拟混凝土结构在不同温度下的变形和破坏过程。
同时，通过对温度场和温度应力的分析，揭示混凝土结构受温度影响的规律，为混凝土结构的设计和工程监测提供理论依据。
3. 研究内容（1）混凝土结构的基本性质与温度特性分析。
（2）建立混凝土结构温度场和温度应力的有限元分析模型。
（3）分析混凝土结构在不同温度下的变形和破坏过程，研究温度场和温度应力的分布。
（4）分析不同参数对混凝土结构温度场和温度应力的影响。
（5）通过实例分析验证建立的有限元分析模型的准确性和可靠性。
4. 研究方法和技术路线本研究采用有限元方法进行数值模拟，通过建立混凝土结构的有限元模型，利用ANSYS软件对温度场和温度应力进行分析。
具体的技术路线如下：（1）建立数值模型：对混凝土结构进行设计，绘制结构图并建立有限元模型。
（2）设置边界条件：确定温度载荷并设置结构的固定边界和自由边界条件。
（3）进行有限元分析计算：通过ANSYS软件进行温度场和温度应力的分析计算。
（4）分析模拟结果：对模拟结果进行分析，在不同温度下分析混凝土结构的变形和破坏过程，研究温度场和温度应力的分布规律。
（5）验证模拟结果：通过实验或现场监测验证模拟结果的准确性和可靠性。
5. 预期成果本研究的预期成果包括以下方面：（1）建立混凝土结构温度场和温度应力的有限元分析模型。
（2）分析不同参数对混凝土结构温度场和温度应力的影响。
（3）研究混凝土结构在不同温度下的变形和破坏过程，揭示温度场和温度应力的分布规律。
（1）线弹性理论模型特点：是一种最基本和最简单的力学模型，线弹性材料本构关系服从广义虎克定律，即应力应变在加卸载时呈线性关系，卸载后材料无残余应变。
当混凝土材料的应力水平较低时，按该模型计算应力应变关系基本符合实际情况。
（2）非线性弹性模型特点：本构关系中应力和应变不再保持正比，但在满足一定要求的条件下仍有一一对应关系。
卸载后没有残余变形，应力状态唯一取决于应变状态，而与加载历史无关。
该模型可以较好地描述混凝土在单调加载条件下的应力应变关系，具有概念简单、形式简明，计算选用参数源自试验结果，计算精确度较高等优点。
（3）弹塑性模型特点：反映材料的塑性变形。
该模型可以较好地描述混凝土应力一应变下降段(软化)曲线，建立了应变空间的塑性本构关系，并构造了不同的混凝土应变松弛面(相对于应力空间的破坏包络面)和相应的势能函数，以反映混凝土卸载的残余应变、刚度退化等特性。
（4）内时理论模型特点：采用非弹性变形逐渐积累的方法，其基本思想是用所谓“内蕴时(intrinsic time)”或“变形”作为一个内变量来建立本构关系。
（5）断裂力学模型特点：是具有切口敏感性需要存在初始宏观裂纹，且裂纹尖端的应力强度因子超过断裂韧度时就会迅速失稳扩展造成破坏。
混凝土裂缝尖端呈梨型树状破碎区，并影响裂纹前缘附近区域的应力、应变分布。
（6）损伤力学模型特点：在外部荷载作用下，缺陷会不断扩展和合并，形成宏观裂纹。
裂纹继续扩展，最终可能导致构件或结构的断裂破坏。
(7)组合模型特点：根据混凝土的力学性能和破坏机理其结构特征与受力特点，其可能发生的应力应变状态，从以上六种模型中合理地选用一种或几种本构关系进行模拟计算。
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言随着科技的发展，焊接技术作为制造行业中的关键工艺之一，其质量和效率直接关系到产品的性能和寿命。
因此，对焊接过程中的温度场和应力分布进行精确的数值模拟显得尤为重要。
ANSYS作为一种功能强大的工程仿真软件，被广泛应用于焊接过程的数值模拟。
本文将基于ANSYS，对焊接温度场和应力进行数值模拟研究，以期为实际生产提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 模型建立在ANSYS中建立焊接过程的有限元模型，包括焊件、焊缝、热源等部分。
其中，焊件采用实体单元进行建模，焊缝则通过线单元进行描述。
热源模型的选择对于模拟结果的准确性至关重要，应根据具体的焊接工艺选择合适的热源模型。
2. 材料属性及边界条件根据实际材料，设定焊件和焊缝的热导率、比热容、热扩散率等物理参数。
同时，设定初始温度、环境温度等边界条件。
3. 数值模拟过程根据焊接过程的实际情况，设定加载步和时间步长，模拟焊接过程中的温度变化。
通过ANSYS的热分析模块，得到焊接过程中的温度场分布。
三、焊接应力的数值模拟1. 耦合分析焊接过程中，温度场的变化会导致应力的产生。
因此，在ANSYS中，需要将在热分析中得到的温度场结果作为应力分析的输入条件，进行热-结构耦合分析。
2. 本构关系与材料模型根据材料的本构关系和力学性能，设定材料的弹性模量、泊松比、热膨胀系数等参数。
同时，选择合适的材料模型，如各向同性模型或各向异性模型。
3. 应力分析通过ANSYS的结构分析模块，结合耦合后的温度场结果，进行应力分析。
得到焊接过程中的应力分布和变化情况。
四、结果与讨论1. 温度场结果分析通过ANSYS的后处理功能，可以得到焊接过程中的温度场分布图。
分析温度场的分布情况，可以了解焊接过程中的热传导和热扩散情况，为优化焊接工艺提供依据。
2. 应力结果分析同样，通过后处理功能可以得到焊接过程中的应力分布图。
分析应力的分布和变化情况，可以了解焊接过程中产生的残余应力和变形情况。
第22卷第2期2006年4月结 构 工 程 师Structural EngineersVol.22,No.2Ap r.2006碳纤维布约束混凝土单轴受压时的应力-应变关系3顾祥林1 李玉鹏1 张伟平1 欧阳煜2(1.同济大学,上海200020;2.上海大学,上海200072)提 要 通过32个混凝土圆形试块的轴压试验,研究了碳纤维布约束混凝土的受压性能。
分别讨论了混凝土强度等级、碳纤维布加固率、截面尺寸对碳纤维约束混凝土性能的影响。
建立了力学意义明确且精度满足应用要求的碳纤维约束混凝土单轴受压时的应力-应变关系。
关键词 碳纤维布,约束混凝土,加固率,尺寸效应,应力-应变关系Co mpressi ve Stress-Stra i n Rel ati onshi p of Concrete Confi n ed byCarbon Fi ber Co mposite SheetsG U Xianglin1 L I Yupeng1 ZHANG W ei p ing1 OUY ANG Yu2(1.Tongji University,Shanghai200020;2.Shanghai University,Shanghai200072)Abstract Thr ough axially comp ressed tests of32cylinder concrete colu mns,the perfor mance of concrete confined by carbon fiber composite sheets is studied.The different effects of the concrete strength,carbon fiber strengthening rati o and the secti onal di m ensi ons on the behavi or of the concrete are discussed res pective2 ly.Finally,a constitutive model of concrete confined by carbon fiber composite sheets is p r oposed,which has clear mechanical meaning and satisfied accuracy.Keywords carbon fiber composite sheet,confined concrete,strengthening rati o,size effect,stress-strain relati onshi p1 引 言用外贴碳纤维布约束混凝土是碳纤维复合材料加固混凝土结构的重要内容之一。
利用ANSYS Solid 65单元分析复杂应力条件下的混凝土结构论文上传：zzheng999论文作者：不详您是本文第173位读者摘要：在大型有限元软件ANSYS中，为混凝土材料专门定义了一种单元：Solid 65。
它不但可以模拟混凝土材料特有的开裂，压碎等力学现象，而且预先定义好了混凝土的破坏准则,为使用者提供了很多方便。
在本文中，作者结合自己的科研工作，通过4个科研项目实例，介绍了Solid 65单元在框架、叠合梁、约束混凝土柱、组合结构节点等问题中的应用。
详细讨论了Solid 65单元和钢筋、型钢、钢管、碳纤维等不同材料共同工作时建模的方法及相互连接的处理。
这些计算实例表明，在准确建立有限元模型并合理选择各种材料组合方法的前提下，利用ANSYS可以对各种混凝土结构进行准确的模拟，从而可以减小试验工作量，节省开支。
但是，如果有限元模型建立不当，也会造成错误的结果，本文中对这些错误进行归类分析，提出了解决方法。
关键词：有限元混凝土ANSYS一、引言混凝土是目前应用最为广泛的建筑材料之一。
它可以很方便地与钢筋、型钢、钢管以及其他一些结构材料组合成多种多样的构件和节点，应用于各种结构形式中。
为了了解混凝土结构的详细受力机理和破坏过程，往往需要利用三维实体单元进行非线性有限元分析。
而混凝土本身同时具有开裂、压碎、塑性等诸多复杂力学行为，在三维条件下这些力学行为更加难以确定，给实际应用带来了较大的困难。
为了便于使用者应用，ANSYS软件内部设定了专门面对混凝土材料的三维实体单元形式SOLID 65。
并建立了三维情况下混凝土的破坏准则，提供了很多缺省参数，从而为使用者提供了很大的方便。
此外，ANSYS软件本身所拥有的大量单元形式，可以很方便的让使用者建立混凝土和其他材料之间的共同工作模型，因此在很多实际问题中都取得了成功应用。
本文将结合作者实际参加的一些研究项目来说明其具体应用。
二、SOLID 65单元的使用方法SOLID 65单元本身包含两部分。
网络出版时间：2014-03-25 12:47 网络出版地址：/kcms/detail/21.1457.TQ.20140325.1247.004.html 第 43 卷第 2 期 2014 年 2 月 当 代 化 工 Contemporary Chemical Industry Vol. 43，No.2 February， 2014基于 ANSYS 的圆柱销装配预应力受力分析王荣荣 1，付路路 2，陈广芳 2，马文涛 2（1.辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001； 2. 辽宁石油化工大学 机械工程学院， 辽宁 抚顺 113001）摘要：利用 ANSYS 有限元软件，为圆柱销与基座的装配建立三维实体几何模型，并对装配过程进行预应力受力分析， 阐明各结构的力学作用， 得出销在装配过程中的装配预应力和拔拉过程中接触压力的分布规律， 为实际的后续装配提供了安全技术保证。
关 键 词：ANSYS；圆柱销；预应力 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2014）02-0308-02 中图分类号：TQ 050.2Prestressed Stress Analysis of Cylindrical Pin Assembly Based on ANSYSWANG Rong-rong1, FU Lu-lu2, CHEN Guang-fang2, MA Wen-tao2（1. School college of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University , Liaoning Fushun 113001，China； 2. School of Mechanical Engineering, Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China） Abstract: The three-dimensional solid geometry model for the assembly of cylindrical pin and base was established with ANSYS finite element software, and prestress force analysis was carried out, and mechanical functions of the structures were introduced, and the distribution of prestress during assembly and contact pressure during the pull-out process was gained, which can provide security technology guarantee for the subsequent assembly. Key words: ANSYS; Cylindrical pin; Prestress有限元法（ANSYS）是一种应用广泛的通用工 程分析软件。
热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。
管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为1.25Btu/hr-in-oF，弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。
管内压力为1000 lb/in2，管内流体温度为450 oF，对流系数为1 Btu/hr-in2-oF,外界流体温度为70 oF，对流系数为0.25 Btu/hr-in2-oF。
求温度及应力分布。
7.3.2菜单操作过程7.3.2.1设置分析标题1、选择“Utility Menu>File>Change Title”，输入Indirect thermal-stress Analysis of a cooling fin。
2、选择“Utility Menu>File>Change Filename”，输入PIPE_FIN。
7.3.2.2进入热分析，定义热单元和热材料属性1、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，选择PLANE55，设定单元选项为轴对称。
2、设定导热系数：选择“Main Menu>Preprocessor>Material Porps>Ma terial Models”，点击Thermal，Conductivity，Isotropic，输入1.25。
7.3.2.3创建模型1、创建八个关键点，选择“Main Menu>Preprocessor>Creat>Keypoints>On Active CS”，关键点的坐标如下：3、设定单元尺寸，并划分网格：“Main Menu>Preprocessor>Meshtool”，设定global size为0.125，选择AREA，Mapped，Mesh，点击Pick all。
7.3.2.4施加荷载1、选择“Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>X coordinates，From Full”，输入5，点击OK，选择管内壁节点；2、在管内壁节点上施加对流边界条件：选择“MainMenu>Solution>Apply>Convection>On nodes”，点击Pick，all，输入对流换热系数1，流体环境温度450。
第29卷第6期 辽宁工业大学学报(自然科学版) V ol.29, No.6 2009年12月 Journal of Liaoning University of Technology(Natural Science Edition) Dec. 2009收稿日期：2009-05-22基金项目：辽宁省教育厅科学技术研究项目(2008317)作者简介：张晓东(1971-)，男，辽宁大石桥人，副教授，硕士。
基于ANSYS 的碳纤维约束混凝土棱柱体热应力分析张晓东，刘华新（辽宁工业大学 土木建筑工程学院，辽宁 锦州 121001）摘 要：碳纤维增强塑料(CFRP )加固修复混凝土结构技术在国内外迅速的发展起来，它有高强、轻质、耐腐蚀耐疲劳、施工便利、不增加构件尺寸等优点，因此，在混凝土加固工程中得到大量的应用。
由于碳纤维与混凝土的线膨胀系数的不同，在温差的作用下，碳纤维加固混凝土结构中将产生温度应力。
本文应用ANSYS 软件分别对在降温温差30、40、50、60 ℃作用下的碳纤维加固混凝土棱柱体进行了温度应力分析。
关键词：碳纤维；混凝土棱柱体；应力-应变关系；温度应力中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：1674-3261(2009)06-0386-03Hot-Stress Analysis of Concrete Prism Confined by Carbon Fiber Sheets Based on ANSYSZHANG Xiao-dong, LIU Hua-xin（Civil Engineering & Architecture College, Liaoning University of Technology, Jinzhou 121001, China ）Key words: CFRP; concrete prism; stress-strain relationship; temperature stressAbstract: The technology of CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic) confining concrete structure has rapidly developed both at home and abroad, which was largely used in civil engineering for its unique properties, such as high strength-to-weight radio, good resistance to corrosion and fatigue, convenient for construction and no additional dimension. Because the temperature-swelling coefficient was different between CFRP and concrete, temperature stress was produced when the temperature changed in CFRP solidification of concrete due to temperature differences. The temperature stress were emulated and analyzed by using ANSYS on CFRP solidified concrete prism under temperature differences: 30, 40, 50, 60 .℃由于混凝土与碳纤维两种材料的热膨胀系数不同(混凝土为1.0×10-5~1.5×10-5 ℃-1，纤维布垂直于棱柱体纵轴方向是正值，为32×10-6~22×10-6 ℃-1，纤维布垂直于棱柱体纵轴方向是负值，为-0.72×10-6 ~ -1.4×10-6 ℃-1)，在低温的情况下，碳纤维有膨胀的趋势，但混凝土抑制其膨胀，碳纤维产生压力；而混凝土有收缩的趋势，碳纤维同时抑制其收缩，从而混凝土产生拉力。
在这种温差作用下，两种材料各自的自由变形受到约束，从而产生了温度应力。
而国内外关于低温条件下碳纤维加固柱的温度应力问题的研究不多。
本文应用ANSYS 软件对在降温条件下温差分别为30、40、50、60 ℃时碳纤维加固混凝土棱柱体进行了温度应力分析，并用映射网格对炭纤维单元和混凝土柱单元进行网格划分，求解出最大温度应力。
第6期 张晓东等：基于ANSYS 的碳纤维约束混凝土棱柱体热应力分析 3871 试验方案1.1 试件设计本试验混凝土设计强度等级为C30，试件截面尺寸取100 mm×100 mm×300 mm ，试件共分8组，每组3个，试验结果取3个试件的平均值。
1.2 试验材料本次试验采用“宝岛”牌P.O42.5普通硅酸盐水泥，配制出强度等级为C30的混凝土，水泥用量为378 kg/m 3，水灰比0.49，砂率0.36. 所用碳纤维布、结构胶的性能见表1、表2，试件编号及主要参数见表3.表1 碳纤维布基本性能指标CFS 型号抗拉强度(MPa)弹性模量 (GPa)计算厚度 (mm)单位质量(g/mm 2)UDO2004900 235 0.111 200表2 环氧树脂粘结剂性能指标压缩强度(MPa)抗拉强度(MPa)剪切强度 (MPa)正拉粘结强度(MPa)弹性模量(MPa)72.53 40.13 24.31 4.23 2505.8表3 试件编号及主要参数试件编号立方体抗压强度平均值(MPa)纤维布层数纤维布幅度纤维布间距备 注C0 43.1 — — —C1 43.9 1 300 0 C2 44.0 2 300 0 C3 43.9 3 300 0CA2 43.2 2 40 40CA3 43.1 3 40 40 CB2 43.3 2 50 75 CC2 43.2260601.C0为参考试件；2.C1、C2、C3、检验纤维布层数影响； 3.CA2、CB2、CC2检验纤维布宽度和间距的影响；4.CA2、CA3检验纤维布层数的影响。
2 热分析步骤及单元类型的选择本文采用间接耦合法对碳纤维约束混凝土棱柱体进行热应力分析，首先对试件进行热分析，得到的节点温度，然后重新进入前处理器，将热单元转换为相应的结构单元，把热分析得到的温度作为载荷施加在结构单元上，最后对试件的应力和变形进行求解。
混凝土材料，热分析时选用Solid70单元，该单位为8节点六面体单元，只有一个自由度(温度)适用于三维瞬态和稳态热分析，与它对应的结构分析单元为Solid45，该单元为8节点实体单元，每个节点有3个方向的平动自由度，具有蠕变、塑性、徐变、应力刚化等性能。
两种单元的几何形状及节点位置如图1、图2所示。
图1 SOLID70几何形状图2 SOLID45几何形状对于碳纤维材料，热分析时采用4节点四边形单元Shell57，只有一个自由度(温度)，适用于3维稳态和瞬态分析。
与其对应的结构分析单元为Shell63，Shell63为4节点四边形单元，有6个自由度(3个平动自由度，3个转动自由度)，而且具有薄膜弯曲功能，支持应力刚化，大变形。
两种单元的几何形状及节点位置如图3、图4所示。
图3 SELL57几何形状388 辽宁工业大学学报(自然科学版) 第29卷图4SELL63几何形状3 热应力求解结果用映射网格对两种材料模型进行网格划分，如图5所示。
图5碳纤维和混凝土柱单元在降温温差分别为30、40、50、60 ℃时对C3试件模型(纤维布层数3层，纤维布幅度沿柱高300 mm设置)进行热分析，将热分析结果作为载荷施加在相应的结构单元上，再对模型进行结构分析，求解结果如表4所示。
表4温度应力计算结果X方向最大应力(MPa) Z方向最大应力(MPa)最大合应力(MPa)温差(℃)碳纤维单元(压应力)混凝土单元(拉应力)碳纤维单元(压应力)混凝土单元(拉应力)碳纤维单元(压应力)混凝土单元(拉应力)整个模型60 -211 1.94 -82.9 18.8 -184 17.9 184 50 -175 1.62 -69.1 15.6 -153 14.9 153 40 -140 1.30 -55.3 12.5 -122 11.9 122 30-105 0.97-41.5 9.39-91.9 8.9391.94 结论本文应用ANSYS软件分别对在降温温差30、40、50、60 ℃作用下的碳纤维加固混凝土棱柱体进行了温度应力分析。
随着温差的增大，温度应力也随之增大，当降温温差60 ℃时，最大温度应力达到184 MPa，碳纤维内的最大压应力达到211 MPa，其值可以达到高弹模碳纤维设计强度(设计强度为2 000 MPa左右)的10%左右，同时混凝土的最大拉应力达到18.8 MPa. 因此，在进行结构构件的加固过程中考虑温度应力对加固可靠性的影响是非常必要的。
建议粘贴碳纤维的时间宜选在春秋温度较适中的季节进行；一年内温差达到60 ℃以上的寒冷地区在进行碳纤维加固混凝土构件时应充分考虑温度应力问题。
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