ANSYS热分析指南——ANSYS瞬态热分析

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。

4.4 建模建立一个模型首先应为分析指定jobname 和title 。

如果是运行的是GUI，可以在Main Menu>Preferences 中对菜单进行过滤。

然后进入前处理器（PREP）7 完成以下工作：定义单元类型定义需要的单元实常数定义材料属性建立几何实体划分网格《ANSYS Modeling and Meshing Guide 》中对本部分有详细说明。

4.5 施加荷载和求解在瞬态分析中，施加荷载的第一步是定义分析类型，然后为分析建立初始条件。

4.5.1 指定分析类型在这一步中，可以如下指定分析类型：GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>Transient如果是一个新的分析，执行命令：ANTYP,ETRANSIENT,NEW如果是重新启动以前的分析，比如，附加一个荷载。

执行命令：ANTYPfTRANSIENT’RES。

（条件是先前分析的jobname.ESAV jobname.DB等文件是可以利用的）4.5.2 为分析建立初始条件瞬态热分析的初始条件来自于对应的一个稳态计算结果，或者直接为所有节点设定初始温度。

4.5.2.1 设置均匀的初始温度如果已知模型起始时的环境温度，可用下面的方法来设定所有节点的初始温度：命令：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，可以如下设定参考温度：命令：TREFGUI:Main Menu>Solution>-Loads->Settings>Reference Temp注意：设定均匀的初始温度，与下面的设定节点温度（自由度）不同。

命令：DGUI:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->On Nodes初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效；而设定节点温度将使节点温度在整个瞬态分析过程等于指定值，除非通过下列方法删除此约束：命令：DDELEGUI: Main Menu> Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>On Nodes4.5.2.1 设置非均匀的初始温度在瞬态热分析（不是稳态热分析）中，可以指定一个和一组初始温度不均匀的节点，方法如下：命令：ICGUI: Main Menu> Solution>Loads>Apply>-Initial Condit"n>Define还可以对某些节点设定非均匀的初始温度，同时再设定其它节点的初始温度为均匀初始温度。

要做到这点，只需要在为选择的节点定义不均匀温度之前，先定义均匀的温度就行了。

用以下命令可显示具有非均匀初始温度的节点：命令：ICLISTGUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>Apply>Initial Condit"n>ListPicked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，步骤如下：指定相应的稳态分析荷载，如：温度约束，对流换热等。

关闭瞬态效应命令：TIMINT, OFF, THERRMGUI：Main Menu>Preprocessor>Load>Time/Frequenc>Time-Time Integration定义通常较小的一个时间值（如：1E-6 秒）命令：TIMEGUI：Main Menu>Preprocessor>Load>Time/Frequenc>Time-Time Step定义斜坡或阶越荷载，如果使用斜坡荷载，则就必须考虑相应的时间内产生的温度梯度效应。

命令：KBCGUI：Main Menu>Preprocessor>Load>Time/Frequenc>Time-Time Step写荷载步文件命令：LSWRITEGUI：Main Menu>Preprocessor>Load>Write LS File对于第二个载荷步，要记住删除所有固定温度边界条件，除非能够判断那些节点上的温度确实在整个瞬态分析过程中都保持不变。

同时，记住执行TIMINT,ON, THERM命令以打开瞬态效应。

更多的细节，请见《ANSYS Comma nds Referenee》中对D、DDELE LSWRITE SF、TIME和TIMINT 等命令的详细描述。

4.5.3 设置荷载步选项对热分析可以设置通用选项，非线性选项和输入控制。

4.5.3.1 设置时间步的策略对于瞬态热分析，既可以用多个载荷步完成（对于阶跃或渐变边界条件），也可以只用一个载荷步、采用表格边界条件（对于随时间任意变化在边界条件）并由一个数组参数定义时间点。

表格边界条件方式仅适用于仅传热单元、热电单元、热表面效应单元、热流体单元以及这些类型单元的部分组合。

如果采用载荷步的方法，则按下述步骤进行：1．设定每一载荷步结束时的时间：命令：TIMEGUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time andTime Step2. 设定载荷变化方式。

如果载荷在这个载荷步是恒定的，需要设为阶越选项；如果载荷值随时间线性变化，则要设定为渐变选项：命令：KBCGUI：Main Menu>Preprocessor>Load>Time/Frequenc>Time-Time Step3．定义在本载荷步结束时的载荷数值（相关的命令及菜单路径参见表3-9 ）。

4．将载荷步信息写入载荷步文件：命令：LSWRITEGUI：Main Menu>Preprocessor>Load>Write LS File5 •对于其它载荷步，重复步骤1〜4即可，直到所有的载荷都已经写入到荷载步文件中。

如要删除部分载荷（非温度约束），最好将其设置为在一个微小的时间段中值变为零，而不是直接删除。

如果采用表格参数定义载荷，按如下步骤进行：1. 如《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide 》中的“采用表格数组参数施加载荷”所述，用TABLE类型的数组参数定义载荷特性（例如，载荷与时间的关系）。

2. 打开自动时间步长功能（AUTOTSON，定义时间步长（DELTIM或子步3. 定义时间步重置选项。

可以选择在求解中不重置时间步, 或基于一个已定义好的时间（关键时间）数组重置时间步, 或基于一个新的关键时间数组重置时间步。

命令：TSRESGUI：Main Menu>Preprocessor>Load>Time/Frequenc>Time-Time StepGUI：Main Menu>Preprocessor>Load>Time/Frequenc>Time and Substeps如果选择用新数组并交互时运行，此时程序要求填写一个n xi的关键时间数组。

如果以批处理方式运行，则必须在执行TSRES命令之前定义一个数组，其将时间步重置为由DELTIMI或NSUBS命令定义的初始值。

如果在应用时间步重置数组（TSRES命令）的同时又采用了另外的时间值数组（OUTRE命令的FREQ =%array%，则需确认：如果FREQ 数组的时间值比在TSRES^组中所对应的最接近的时间值大，则所大的数值至少应为由DELTIM或NSUBS命令定义的初始时间步增量。

例如，如果FREQ数组的时间值为1.5, 2,10,14.1, 和15，TSRES 数组的时间值为1, 2, 10, 14, 和16（在这些值处时间步将重新开始），初始时间步增量DTIME=0.2，则程序将停止运算，因为在这种设置下，在时间为14时时间步将重置，那么下一个时间步至少为14.2，所要求的FREQ数组时间值14.1 并不存在。

注意：TSRE歸令只有在设置了AUTOTSON的情况下才有效，如果采用固定时间步长（AUTOTSOFF ,贝U TRES被忽略。

定义关键时间数组的方式如下：命令：*DIMGUI：Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Define/Edit在关键时间数组中，时间值必须是升序排列的，并且不能超过由TIME命令定义的载荷步结束时间。