第五讲 温度场的有限元分析 - CMS

地下室墙体测温试验及温度场的有限元分析文章引入水化度对传统的早期混凝土温度场计算方法进行了改进。

通过对新浇混凝土中不同位置的温度测试探求温度随时间变化的规律，同时用有限元的方法进行温度场分析，两者比较验证计算方法的准确性。

标签：测温试验；温度场；混凝土裂缝1 概述地下室墙体的施工中，常因为混凝土水化热导致温度裂缝。

通过计算分析得到混凝土中的温度场，有利于控制这种早龄期混凝土温度裂缝。

而传统的计算方法不考虑水泥的水化程度，本文以某高层写字楼的地下室墙体为例，考虑了混凝土的放热速率的差异，以使分析结果更加合理。

2 现场测温试验为了对混凝土的施工过程进行温度控制，进行了现场测温试验。

本次试验的地下室一段外墙厚0.6m，高3.0m，长30.0m，底板厚0.8m。

从浇注混凝土开始，连续测温28天。

混凝土使用标号为C30S8的混凝土，预测强度54.1MPa，坍落度140～160mm，容重2400kg/m3。

使用的水泥为P.O.42.5R水泥。

试验用测温仪器采用JDC-2型电子数字测温仪，精度范围±0.5℃。

共设置15个测温点，探头预埋在混凝土内部。

试验过程从浇注承台开始，48小时内连续每两小时测温一次；第3～6天内每4小时测温一次；第6～28天完成现场试验，每天测温两次。

测温同时量测每天温度、湿度。

3 基于水化度方法的温度场的计算3.1 温度场有限元分析的原理3.2 水化度方法温度场有限元计算分为稳态和瞬态两大类：稳态温度场计算用于分析稳定的热载荷的影响，而瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场。

本文计算中要用到的是瞬态热分析。

瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似，主要区别在于瞬态热分析的载荷是随时间变化的，稳态热分析的载荷与时间无关。

为了表达随时间变化的载荷，首先必须将载荷-时间曲线分为各个载荷步。

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式或阶越式。

在实际计算中，是通过计算机程序循环处理各步骤的：首先，通过资料或者材料试验获得水泥绝热情况下的放热和温升曲线；第二步，把总时间分为足够小的若干个时间段，按绝热情况求出每个小的时间段的放热量ΔQa；第三步，按照上面的公式计算每一个有限元单元或节点该时间段的放热量ΔQp；最后，假定Ta为绝热温升曲线上的温度值，Tp为上一个时间段末尾该单元或节点的温度值计算结果，把每个节点的温度值保存在一个矩阵中，每过一个时间段将该矩阵的数值更新。

基于有限元的发动机受热零件温度场分析摘要发动机作为车辆的核心，一旦出现了问题就会影响到车辆正常使用。

而随着发动机工作强度的增加，零部件工作环境也逐渐恶化。

发动机在工作过程中会产生大量的热量，如果不采取有效的降温措施，当温度超过了零部件承受范围时，就可能会导致零件出现损坏。

因此对于高强度的发动机而言，有必要对其进行热负荷分析，从而采取一定的保护措施，为车辆正常行驶提供保障，本文就基于有限元的发动机受热零件温度场分析作简要阐述。

关键词有限元；发动机受热零件；温度场分析通过建立有限元模型对发动机零部件受热情况进行分析，从而为设计优化工作提供一定的参考，使发动机的优异性能能够更好地得到体现。

作为汽车的核心部件，发动机性能改变会对整体产生一定的影响。

1 有限元模型的建立1.1 建立几何模型所建立的模型选择的发动机燃烧室位于活塞地顶部中央，普通干式缸套，技术参数包括了缸径，缸的数量，压缩比，行程数，冷却方式，活塞行程，燃烧室的转速，最大扭矩。

建模软件选择的是UG，建模结束后将其导入有限元分析软件，再现零部件结构。

1.2 建立有限元模型结构建立有限元模型的关键点在于网格划分，单元网格划分合理能够在较短的时间内获得精确的结果。

网格划分越小计算精度越高，但是另一方面，计算需要的时间就会越长。

因此在实际应用的过程中网格划分需要结合到工作的具体情况，对单元格的尺寸进行灵活更改。

比如在研究工作中，结构复杂的区域或者是温度变化较为剧烈的区域，单元格在划分的时候需要小一点，而其余的地方则可以适当放大。

如果结果出现了部分偏大的情况，可以对局部进行修改[1]。

1.3 材料属性对温度情况进行分析，涉及的材料属性包括导热系数，比热，密度。

实际分析工作中需要针对不同零件使用的材料来定义。

2 有限元热分析2.1 工作的基本原理软件进行分析的基本原理是将处理对象划分成不同的单元，而每一个单元又包括了不同的节点，依据能量守恒定律对初始条件及一定边界条件下的节点处热平衡方程进行求解，得出节点温度值后，继续求解从而得到其他数据。

陈 维(1986—),男,硕士研究生,从事开关电弧、电接触方面的研究。

低压开关电器主电路温度场的有限元分析陈 维, 张国钢, 张鹏飞, 张 怡, 耿英三(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安 710049)摘 要:基于有限元软件Ans ys 的热电耦合功能,采用导电桥模型模拟触头间电流收缩和焦耳发热,对某型低压开关电器样机的主电路进行了稳态温度场仿真计算,并通过试验验证了模型的准确性。

在稳态温度场分析模型基础上,建立了开关电器瞬态温度场分析模型。

使用瞬态热分析模型,对其在承受短时大电流情况下的温度分布进行了仿真,给出了判断触头静熔焊的依据,并分析了开关电器的热稳定性。

仿真结果对低压开关结构优化设计提供了参考。

关键词:低压开关电器;温度场;导电桥模型;有限元法中图分类号:TM 57∶TM 561 文献标志码: A 文章编号:1001-5531(2010)20-0001-04Finite Elem ent An alysis o f Tem peratu re Fie ld o f Main Circu itin Low Volt age Apparatu sCHEN Wei, ZHA NG G uogang, ZHA NG Pengfei, ZHA NG Yi, G ENG Yingsan (Sta te Key La bora tory of Electrical Insulation and Pow er Equipm ent,Xi ’an J ia otong University,Xi ’an 710049,China)Abst rac t:Elect ric bridge m odel wa s used to sim ulat e current constrict ion betw een cont act s a nd joule heat ing effect .Ba sed on t he electric therm a l ana lys is of the finit e elem ent soft ware Ansys,the s tat ic tem perat ure field of m ain circuit in low v olta ge a ppa rat us w it h nom inal current of 200A was sim ula ted.The results w ere v erified by ex-perim ents.T he t ra nsient t herm al a nalysis m odel wa s built on the basis of t he sta tic t herm al a na ly sis.The tem pera-t ure field w as sim ula ted using t he tra nsient m odel when the short t ime high current applied.The criterion of t he conta ct sta tic welding wa s present ed.The t herm al st ability of sw it chgear devices wa s researched.T he results were useful in t he des ig ning a nd opt im izing of low volt ag e apparat us.Ke y words:low volt age apparat us;t em perature fie ld;e le ct ric bridge m odel;finit e e le me nt m et hod张国钢(1976—),男,副教授,博士,研究方向为智能电器理论与工程、电弧与电接触理论及其检测技术、电器计算机辅助设计与工程。

电火花线切割温度场有限元分析及参数验证刘志东 程国柱 李建军南京航空航天大学,南京,210016摘要:建立了电火花线切割脉冲放电模型,利用有限元法分析了单脉冲放电的温度场分布。

计算出该条件下工件及电极丝放电凹坑几何特征,与实际切割条件下的表面粗糙度、电极相对损耗比、切割速度等工艺指标进行了对比,并根据电火花线切割的加工特点进行了修正,研究了电火花线切割的蚀除规律。

结果表明:模拟的单脉冲放电凹坑几何特征经修正后可以近似表征实际连续切割时的表面粗糙度;实际切割中放电点在电极丝上的通道转移是导致电极丝相对损耗较低的主要原因;考虑到实际切割相关因素,对理论切割速度进行修正后,其值与实际值是吻合的。

关键词:电火花线切割;有限元;温度场;蚀除机理;工艺指标中图分类号:T G661 文章编号:1004)132X(2010)01)0038)05Finite Element Analysis and Parameter Verification of Temperature Field in WEDMLiu Zhidong Cheng Guozhu Li JianjunNanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing,210016Abstr act :Discharge model of single pulse was established on WEDM,and the temperature field of single-pulse discharge condition was analyzed based on finite element method.Dischar ge caves were engendered in both wor k-piece and wire electrode under single-pulse discharge conditions,and their geometric features were calculated.The featur es wer e contrasted with process indexes such as surface roughness,electrode relative-wear,cutting efficiency.Simulation r esults were corrected based on processing characteristics of WEDM,and erosion r ule was studied for WEDM.Results show:the cor 2r ection value of simulating single pulse discharge caves can approximately represent the actual surface roughness during continual cutting process;the main reason why r elative-wear of the wir e electrode is low is because of the discharge channel transfer in wire electrode;consider ing the actual cutting-related factors,corrections made to theoretical cutting efficiency turn out to be in line with the objec 2tive circumstances.Key words :WEDM(wir e electr ic discharge machining);finite element;temperature field;erosion mechanism;process index收稿日期:2009)03)100 引言电火花线切割(WEDM)是一种利用两极(电极丝与工件)之间脉冲放电时产生的热能熔化或气化工件材料,从而实现材料蚀除的加工方法。

有限元报告——温度场有限元上机报告——温度场的有限元计算⼀．问题如图⼀平⾯结构在⽆热源情况下，给定热边界条件，⽤有限元分析温度分布。

⼆．解决步骤 1．对问题的分析采⽤简单的三⾓形单元，单元内温度假定为线性分布，即y a x a a y x T 321),(++=与平⾯结构⼀样，可⽤单元3个顶点n m l 、、的温度n m l T T T 、、插值单元内部温度场，有[]{}eT T N y x T =),(其中{}[]Tn m l e T T T T =为e 单元的节点温度列阵，⽽形状函数矩阵为[][]n mlT N N N N =简单三⾓形单元内假定的温度场是线性分布的，其形状函数应为++=2/)(y c x b a N l l l l对任⼀个单元e ，如⾯积域为eΩ，则单元泛函数为xy 100100A BDCdxdy y T x T y T x T dxdy y T x T U e e e=???????+??? ????=??ΩΩ212122⽽[]{}[]{}e e T T F T N y x y T x T =??=?? []??=n m ln m lc c c b b b F 21 所以，泛函数{}[]{}eT e e T h T U 21=单元刚度矩阵[][]n ml n mln m l F F F c c c b b b F ?==2121所以[][][]n ml T n T mT l T F F F F F F F F ??=241所以[][][]()()s r s r s s r r rs rs e c c b b c b c b h h h +? =???=?=4141412.数据准备如图所⽰，划分单元格每节点有⼀个⾃由度，边界约束为1,2,3,4,5,6,7,12,13,18,19,24,25,30,31,33,34,35,36，温度相当于载荷分布，所以只有边界处有载荷。

和之前分析步骤相同，可得数据⽂件INP.DAT 。

塑料挤出吹塑冷却阶段温度场的有限元分析作者：尹沾松来源：PT现代塑料挤出吹塑过程可分为三个主要的步骤：型坯成型；夹持及吹胀型坯；冷却制品。

对于厚度尺寸中等的制品，所需的冷却时间约占整个成型周期的60％，对于厚壁制品更是高达90%。

冷却时间太长将降低生产效率；冷却时间太短，制品出模后与空气对流冷却的过程相对缓慢，导致制品各部分的收缩率有较大差异，最终制品的翘曲过大。

不同的冷却速率会影响制品内部微观形态的演化以及最终残余应力的分布，从而影响制品的使用性能。

对挤出吹塑冷却过程温度场进行数值模拟，可以分析制品不同部位温度随时间的变化以及制品壁厚分布，这对于合理设计冷却工艺，缩短开模时间，提高制品的合格率有着重要的意义。

本文采用有限元法对聚丙烯(PP)挤出吹塑冷却过程的温度场进行数值模拟，在有限元模型的基础上分析不同内冷方式、制品壁厚以及初始温度对制品温度场的影响。

1 数学模型1.1基本方程挤出吹塑的冷却过程热传递问题可用以下方程描述：式中：ρ为密度；Cρ为比热容；为温度对时间的偏导，r为由于外界作用单位体积产生的热量；k为热导率；v为哈密顿运算子。

1.2边界条件挤出吹塑的冷却方法可分为内冷却和外冷却。

内冷却是指使用冷却介质（在本文中内冷却介质为空气）通过热对流冷却吹塑制品内壁，故内壁的边界条件可用对流项表示；外冷却是指在模具壁内开设冷却系统，制品的热量通过模具传导至冷却通道，然后由冷却通道内的冷却介质（在本文中外冷却介质为水）将热量带走。

严格意义上来说，制品外壁的边界条件为热传导，但是热传导问题涉及到接触热阻间题，难以建模，考虑到外壁的热量多由冷却水带走，将模具材料的热传导率转化为等效传热系数。

内外壁的边界条件：式中：x=0与x=L制品的内外表面；ho、hn为制品内壁与外壁的传热系数；T0 、Tn为冷却空气与冷却水的温度。

2 数学模型的求解2.1初始条件在热分析过程中不考虑密度的变化，取PP的密度为840 kg/m3。

针对机械密封温度场的有限元信息化分析摘要对机械密封温度场进行研究，可以看作为热力分析的基础，对机械密封性能以及寿命有着重要影响。

采用有限元模型来对机械密封温度场进行分析，掌握密封环温度分布规律，并确认各影响因素，作为后续工艺调整的依据。

关键词机械密封；温度场；有限元分析机械密封为现在旋转机械所应用的主要轴封装置，在介质存在腐蚀性、易燃易爆、毒性等特点时，机械密封是影响整个装置可靠性的关键因素。

为避免机械密封失效，需要确定会对其产生影响的各因素，尤其是接触式密封中，受到端面温度影响密封环会发生变形。

因此为提高机械密封稳定性，需要对其温度场进行研究，本文以有限元法作为对象进行分析。

1 机械密封温度场分析重要性机械密封作为现在常用的一种转轴密封装置，基本功能的实现主要是通过旋转环与浮动环端面之间的滑动摩擦。

由此便可确定持续工作过程中，动静环之间相互摩擦产热，便会造成密封环温度升高。

总结以往实践经验可知，当密封环温度升高到一定程度后，会因为导热不均造成密封环间产生较大温度梯度，加速接触面向锥形表面发展，导致断面接触与润滑状态降低，端面之间摩擦加剧，最终还会出现泄露问题[1]。

同时，密封环热应力也会持续增大，使得断面产生热应力裂纹，缩短密封件服务寿命。

基于温度升高对机械密封带来的影响，对其温度场进行分析对提高构件运行可靠性具有重要意义。

2 确定边界条件非稳定传热问题初始条件，即刚开始传热阶段（t=0），密封环内温度所呈现出的分布规律。

在密封环达到稳定传热边界条件时，可以直接反映出导热物体边界的温度分布特点，能够明确外界因素对物体内部温度场产生的影响。

一般可以从三个角度来进行分析：任何时刻物体边界温度分布，公式为：t>0，Tw=f（x，y，z，t）其中，Tw表示物体边界温度，其中最简单的分布状态即物体表面温度均匀分布，且保持一定量，即为Tw=常量。

任何时刻物体边界上热流密度分布，公式为：qw=f（x，y，z，t）其中，qw表示物体边界面法向热流密度，其中物体表面热流密度分布均匀并且为定值时，可得qw=常量。

铸造模型的温度场有限元分析作者：纪承任晓伟来源：《中小企业管理与科技·下旬刊》2011年第06期摘要：本文对铸造模型的温度场进行了简要分析。

关键词：铸造模型温度场铸造过程是一个液态金属充填铸型型腔的过程，本次介绍的是不包括液态金属流过型腔并且冷却的过程，不考虑液体流动过程，仅仅是模拟在金属液体全部充满后冷却的过程，这个过程是包含了许多对铸件质量有重要影响的物理过程和现象。

在长期的生产实践中由于缺乏考察这一过程，并且对整个冷却凝固过程没有确切的数据说明，只能依靠设计者的经验积累和现场试验，因此阻碍了铸造行业的发展。

如果能对铸造过程进行模拟，对优化铸造工艺，预测和控制铸件质量和各种逐渐缺陷以及提高生产效率都非常重要。

凝固过程温度场数值模拟可以实现以下目的：提供浇注冲型时序图，凝固过程可视化，预测缩孔，缩松等宏观缺陷，为预测铸造应力，微观组织等提供基础数据，分析评价并通过控制凝固条件优化铸造工艺，减少工艺准备失误率，缩短试制周期，降低试制成本。

所以对铸造模型的温度场的模拟是十分有必要且意义重大。

铸造过程的温度场的模拟主要取决于热传导的问题，这个过程主要是液态铸件的冷却凝固过程与铸型的温度不断上升的过程，此过程为热传导，所以对于温度场的模拟主要抓住热传导理论。

对于具体问题要具体对待，对于热传导问题主要考虑对流散热系数的选取，也就是边界条件，其中边界条件分三类：第一类边界条件——温度边界条件，即物体与外界接触周界的温度已知。

这类边界条件称为狄利克莱问题。

第二类边界条件——导热边界条件，即物体边界在法线方向上的比热流量已知。

这类边界条件成为牛曼问题。

第三类边界条件——热交换边界条件，即在边界上已知物体与外部介质的热交换情况。

设边界外周围介质的温度为T0已知，介质与物体之间的热交换系数为α，物体的热传导系数为λ，则在边界上的热交换条件为：此类边界问题又称为劳平问题。

高温零件的受热边界大多属于第三类边界条件。

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。

有限元在传热学中的应用——温度场的有限元分析摘要：热分析在许多工程应用中扮演着重要角色。

有限元法是热分析中常用，高效的数值分析方法。

利用有限元法可以求解传热学中温度场的重要参数，在材料成型中，在铸造这一块有着重大意义。

1、有限元法的应用：有限元法是随着电子计算机的发展迅速发展起来的一种现代计算方法，首先在连续力学领域——飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后也很广泛用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续问题。

在传热学中，如果导热物体的几何形状不规则，边界条件复杂，很难有解析解。

解决这类问题的最好办法就是数值解法，而数值解法中最具实用性和使用最广泛的就是有限单元法。

2、有限元数值解法的基本思路：将连续求解区域减走势只在节点处相连接的一组有限个单元的组合体，把节点温度作为基本未知量，然后用插值函数以节点温度表示单元内任意一点处温度，利用变分原理建立用以求解节点未知量（温度）是有限元法方程，通过求解这些方程组，得到求解区域内有限个离散点上的温度近似解，并以这些温度近似解代替实际物体内连续的温度分布。

随着单元数目的增加，单元尺寸的减少。

单元满足收敛要求。

近似解就可收敛于精确解。

3、有限元数值解法的基本步骤有限元法在工程实际中应用的广泛性和通用性，体现在分析许多工程问题是，如力学中的位移场和应力场分析，传热学中的温度场分析，流体力学中的流场分析，都可以归结为给定边界条件下求解其控制方程的问题，虽然各个问题中的物理性质不同，却可采用同样的步骤求解。

具体步骤为（1）：结构离散。

（2）：单元分析。

（3）：整体分析。

（4）：边界条件处理与求解。

（5）：结果后处理。

有限元分析实际问题的主要步骤为：建立模型，推倒有限元方程式，求解有限元方程组，数值结果表述。

4、用于传热学的意义有限元法作为具有严密理论基础和广泛应用效力的数值分析工具，近年来，以由弹性平面问题扩展到空间问题，板壳问题。

从固体力学扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域；它在工程技术中的作用，已从分析和校核扩展到优化设计。

大体积混凝土结构施工中水化热温度场的有限元分析
费舂
【期刊名称】《建筑施工》
【年(卷),期】2011(033)008
【摘要】采用有限元软件对大体积承台水化过程中的温度场和温度应力进行了模拟研究，混凝土中心温度变化的模拟结果与实测数据反映一致：此外，温度应力最大值小于混凝土的抗拉应力，没有出现温度裂缝，这与工程实际相符。

经工程实践证明，把有限元分析应用于混凝土配比的选取，来预防施工中出现的温度裂缝是一种行之有效的方法。

【总页数】3页(P720-722)
【作者】费舂
【作者单位】上海市第七建筑有限公司,200050
【正文语种】中文
【中图分类】TU755
【相关文献】
1.大体积混凝土结构三维温度场、应力场有限元分析 [J], 匡妍艺
2.大体积混凝土水化热温度场有限元分析 [J], 田洋
3.大体积混凝土水化热温度场三维有限元分析 [J], 杨秋玲;马可栓
4.大体积混凝土水化热温度场数值模拟分析 [J], 杨清华;卢应传;徐照丹
5.梁式承台大体积混凝土水化热温度场工程实测与数值仿真 [J], 王琼;陈昌哲;胡志坚;李扬;吴静萍
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直线电机温度场有限元计算与分析黄广霞;布占伟【摘要】The characteristic of the fiat permanent linear synchronous motor(PMLSM), is introduced in this article, and the boundary condition is set up, and the mathematics model of PMLSM is simplified, and the mathematics model of PMLSM is deduced. The article calculates the thermal field of PMLSM using finite element software Infolytiea, calculations are in good agreement with experimental results.%本文介绍了永磁直线同步电动机的特点,确定了边界条件,对电机温度场模型进行了简化,得出了永磁直线同步电动机的二维计算模型.并利用有限元软件Infolytica对电机温度场进行计算,结果表明和实测值相吻合.【期刊名称】《枣庄学院学报》【年(卷),期】2012(029)005【总页数】5页(P85-89)【关键词】永磁直线同步电动机;有限元;温度场【作者】黄广霞;布占伟【作者单位】洛阳理工学院机电工程系,河南洛阳471023;洛阳理工学院机电工程系,河南洛阳471023【正文语种】中文【中图分类】TM359.40 引言永磁直线同步电动机在工业生产中是直接产生直线运动的一种特种电机，具有结构简单、定位精度高、反应速度快、灵敏度高、随动性好、惯量小、推力大等特点，品种也越来越多，它的用途越来越广.除了用于磁悬浮列车外，现广泛用于矿井提升系统、自动控制系统、需短时间短距离内提供巨大的直线连动装置、连续运行的驱动电梯，还用于传送系统、电气锤、电磁搅拌器等装置.随着单机容量的不断增加，它的发热问题日益突出，但是这种电机一般没有通风冷却装置系统，并且直线电机经常工作在散热条件较差的机床内部，它的初次级在进行能量转换过程中所产生的热量，极易使电机温度升高.当电机得温度达到一定程度时，它的机械、电气、物理等性能变坏，局部过热会直接影响电机绝缘材料的使用寿命和电机的安全运行，因此，改善冷却系统、提高散热能力，把电机的温升控制在一定的范围内，是电机技术研究中的重要问题之一，所以直线电机的发热问题就显得极其重要.1 温度场数学计算模型永磁直线同步电动机是由与此对应的旋转电机演变而来的(如图1)，直线电机的次级一般是大部分暴露在空气中，没有通风冷却装置，所以依靠电机本身自然条件冷却［1］.对于本文的样机，绕组和铁心的最高温度出现在电机初级的中部，所以把带有电机绕组的初级作为主要研究的对象.图1 永磁直线同步电动机结构示意图Fig.1 The structural diagram of the PMLSM电机温度场是比较复杂的热传导问题，必须建立场方程，即需要建立温度场与热源之间的关系式，根据电机实际模型，二维温度场的热传导微分方程为［2］［3］:式中:P——热流密度;k——导热系数;T——温度;为了简化数值分析，做出如下假设:(1)不考虑由于直线电机的发热对周围室温的影响，室温保持恒定;(2)本文电机模型几何分布和损耗分布对称，考虑到结构的对称性，槽中心面和齿中心面认为是绝热面;(3)端部绕组部分认为是与真机同长的直线绕组;(4)槽部导线排列无序，并且绝缘层十分薄，将槽中的材料当作整体来考虑，其导热系数用等效导热系数来计算，其比热容用等效比热容来计算.金属材料的导热系数随温度变化而变化.本文研究的直线电机样机的温升限度只有百K左右，金属材料的导热系数变化很小，所以导热系数可认为是常数.本文电机在温度场求解过程中，几种导热体引用的导热系数为:硅钢片横向导热系数:λ=44.1W/(m.k)硅钢片纵向导热系数:λ=1.192W/(m.k)绕组铜导线导热系数:λ=385W/(m.k)本文研究的永磁直线同步电动机，没有任何冷却装置，是用空气作为冷却介质.空气作为冷却介质时，它的物理性能比较稳定.如果忽略散热表面几何尺寸等因素的影响，则可近似的认为电机各部件的换热系数与空气的流速有关.根据实验，当空气流速在5～25的范围时，α与ν之间的关系可用下式表示［4］式中:α0——发热表面在平静空气中的换热系数;ν——空气吹拂表面的速度;k0，k——考虑气流吹拂效率的系数.其对流换热系数:14.2W/(m2.k)2 电机温度场的求解本文样机技术参数如下表1，这台测试样机的初级电枢内布置有补偿绕组，可根据需要将其接入或拆除.受测试平台的形成所限制，永磁直线同步电动机进行仿真时，对电机通入的实际电流为5A，供电频率较低设置为4Hz.表1 试验电机技术参数Table 1 The technical parameters of the experimental motor项目项目相数 3 槽高 28mm实际气隙 5mm，8mm 槽宽 8mm有效极对数 5 槽导体数 90(双层)极距 39mm 永磁体类型 NDFEB铁芯长241mm永磁体剩磁1.25T铁心迭厚 113mm 永磁体纵长 120mm铁芯迭高 43mm 永磁体高 7mm 槽数 18 永磁体横宽 27mm槽距 13mm 电机类型单边隐极首先在建立永磁直线同步电动机的模型，有限元模型和网格划分图分别为图2和图3.图2 直线电机有限元模型Fig.2 Finite element model of the linear motor图3 直线电机有限元剖分图Fig.3 Finite element mesh of the linear motor对电机完成这一系列步骤后，然后把模型在温度场软件打开，再施加温度场边界条件，进行求解.2.1 直线电机瞬态温度场计算电机瞬态运行时，电机热传输方程为(1)，利用Infolytica软件，仿真时通入5A电流，仿真的电机模型是整台电机，所以左右两边是对称的，其它边界条件属于第三类边界条件，根据公式(2)，其对流换热系数为15.98.直线电机短时定额运行90分钟，通过计算，以下图是各个时间段的温度分布云图、等温线图.图4 各个时间段的温度分布云图、等温线图Fig.4 The nephogram of temperature distribution and the isothermal diagram in every time segment2.2 直线电机稳态温度场计算直线电机在连续长时间工作后达到稳定状态，它的热传输方程为，仿真时通入4A 电流，经过计算，直线电机稳态温度场云图如图5图5 直线同步电动机稳态温度分布云图Fig.5 The nephogram of steady temperature field of the PMLSM从上图可以看出，电机初级两端到内部温度逐步升高，电机的最高温度出现在第九个槽附近.下图6为稳态运行时的等温线图.图6 直线电机稳态等温线分布图Fig.6 The isothermal diagram of steady temperature field of the PMLSM从图中可以看出，电机稳态运行时，从两端到中部温度是逐渐升高的，在第九槽中央附近达到最大值，大约为70℃.3 试验验证本文电机采用通4A电流，并且短时运行90分钟，各埋置点的温度每隔10分钟测取一次.本文样机实验的温度测试系统，在实验室环境下，对样机进行了多次温度测取:环境温度为25℃，温度的测取采用在槽中埋置传感器的方法，本文应用的是新型温度传感器DS18B20，传感器埋入的位置在第1个槽、第9个槽、第18个槽中分别埋有温度传感器DS18B20，共埋置3个温度传感器，如下图7所示: 图7 温度传感器DS18B20埋置分布图Fig.7 The distribution map of the temperature sensor DS18B20直线电机瞬态温度场实验.如下图8所示，直线电机作短时运行时，电机第九个槽中的埋置点实测值与仿真值随时间变化比较曲线.图8 直线电机短时运行工作时仿真与实测温度比较曲线Fig.8 The correlation curve of simulation and experimental temperature during short time operation从图8可以看出，实测温度与电机实际运行情况相符，也证明了电机做短时运行时电机本身的温度随时间几乎接近于线性变化［5］.4 结论本文建立了永磁直线同步电动机温度场的二维计算模型，确定了电机的边界条件，利用infolytica软件计算了直线电机稳态时的温度场，并通过实验对计算的结果检验，结果表明了计算结果和计算方法的正确性.对于影响电机温升的主要因素有初级铁耗、绕组铜耗、槽部等效系数、初级铁心导热系数、初级铁心表面换热系数和材料的热容量.降低稳定温升有两种方法，即降低电机的各种损耗和提高电机的散热能力.这就要求在选型时尽量选择电阻小和额定电流小的电机;直线电机设计时要根据直线电机暂载率的不同而调整相应的热负荷.静止空气层的导热性能很差，为了避免容易在绕组中形成高温点，要使槽部的静止空气层减少到最小，为了进一步提高树脂的导热系数可以在树脂中加入填充物硅.参考文献［1］叶云岳，直线电机理论与应用［M］.北京:机械工业出版社，2000.［2］陈世坤.电机设计［M］.第2版.北京:机械工业出版社，1997.［3］魏永田，孟大伟，温嘉斌.电机内热交换［M］.北京:机械工业出版社，1998. ［4］张明慧，大型电机温度场的网络拓扑法分析计算及其前后处理［D］.西安:西安交通大学，2003.［5］马云峰，等.数字温度传感器DS18B20的原理与应用［J］.电子元器件应用，2003.9.。

热风阀温度场的有限元分析张宝生;李树勋【摘要】By the finite element method to analyze the main components of the hot blast valve,obtained temperature field for the main components of hot blast valve affect the results.The analysis results are in good agree-ment with the actual situation,Illustrates the rationality of the analysis.The analysis of the results provide theoretical reference for the structure improvement of hot blast valve.%通过用有限元的方法对热风阀关键部位进行分析，得出了温度场对热风阀主要部件的影响结果，且分析结果与实际情况相吻合，说明了分析的合理性。

此分析结果，为热风阀结构改进提供了理论依据。

【期刊名称】《冶金设备》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P51-53,50)【关键词】热风阀;温度场;有限元分析【作者】张宝生;李树勋【作者单位】兰州理工大学甘肃兰州 730050; 秦皇岛秦冶重工有限公司河北秦皇岛 066006;兰州理工大学甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TF321.8热风阀是炼铁高炉热风炉系统的主要设备之一，为满足热风阀高风温和长寿命的要求，近十几年来各国都在探索热风阀结构的改进。

其关键为研究热风阀主要部件在高温下的性能，从各国产品的相关资料来看，仅有少数厂家对热风阀产品的结构进行了温度场的分析。

尤其在国内，几乎无厂家对热风阀进行温度场分析，分析计算仅凭经验估算，这些严重制约着热风阀产品质量的提高。

柴油机活塞温度场有限元分析的简单方法
孙俊
【期刊名称】《应用科技》
【年(卷),期】2009(036)006
【摘要】活塞是柴油机最主要的零件之一,寻求活塞正确而可靠的温度场计算方法,是提高柴油机可靠性与寿命的重要途径.文章论述了活塞热分析的理论基础,建立了活塞三维有限元模型.采用经验公式计算活塞换热系数,并对其进行了温度场分析计算,得到了活塞的三维温度场分布特征.结果表明此计算方法简单,可以用于活塞温度场分析计算.
【总页数】3页(P69-71)
【作者】孙俊
【作者单位】海军驻兴平地区408厂军事代表室,陕西,兴平,713105
【正文语种】中文
【中图分类】TK421.2
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