两物体间的摩擦生热分析
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摩擦的力量为什么两个物体相互摩擦会产生热量
摩擦的力量为什么两个物体相互摩擦会产生热量摩擦的力量：为什么两个物体相互摩擦会产生热量摩擦是我们日常生活中常见的现象之一。
当两个物体相互接触并发生相对运动时，我们往往能感受到摩擦力的存在。
然而，除了产生运动阻力外，摩擦还会产生热量。
本文将探讨摩擦力的起源以及摩擦如何转化为热量的过程。
1. 摩擦力的起源摩擦力是由物体表面的不平滑程度导致的。
即使我们认为物体表面是平滑的，实际上它们都有微小的不规则状和颗粒。
当两个物体接触时，这些不规则之间会发生相互摩擦，并产生一个与两个物体相对运动方向相反的力，即摩擦力。
2. 摩擦力的计算摩擦力的大小和两个物体之间的压力以及表面性质有关。
根据科学家们的实验和观察，摩擦力正比于两个物体之间的垂直压力，即垂直于两个物体接触面的力。
3. 摩擦力转化为热量的过程当两个物体相对运动时，摩擦力会使物体表面的颗粒发生挤压和变形，产生能量损失。
摩擦力转化为热量的过程涉及到以下几个方面：(1) 振动：两个物体不断振动，导致颗粒之间的相互变形和产生摩擦。
这种能量的转化很快形成热量。
(2) 分子运动：摩擦力还会使物体表面的分子加速运动，摩擦力越大，分子的运动速度越快。
(3) 表面变形：在摩擦力的作用下，物体表面的颗粒被挤压，产生微小的变形。
这些变形会导致颗粒之间发生拉伸和断裂现象，形成热能。
以上这些过程将摩擦力转化为热能，从而引起物体升温。
只要两个物体之间发生相对运动，摩擦热就会被产生。
可以说，摩擦力的起源和热量转化是紧密相关的。
4. 摩擦力的应用摩擦力存在于许多日常生活和工业领域中，并被广泛应用。
以下是一些例子：(1) 摩擦力在车辆行驶中的应用：摩擦力使车轮与路面相互作用，提供了车辆的牵引和制动能力。
(2) 摩擦力在磨具中的应用：磨具通过与工件表面接触并相对移动，产生摩擦力来磨削和研磨工件。
(3) 摩擦力在火柴摩擦点火中的应用：当火柴头与摩擦表面相互摩擦时，摩擦热使得硫磺和磷化物起火。
基于ANSYS的两个相对转动物体的摩擦生热分析
《弹性力学与有限元分析》院系：机械工程学院姓名：程俊智学号：201512202567专业方向：车辆工程2015年1月13日弹性力学与有限元方法作业1、已知应力分量分别为：y xy x x 84322-+=σ，yxy x y3222++=σ，y xy x xy 262221---=τ，===ττσyz xzz，证明当无体力时，该应力分量满足平衡微分方程。
证明：平衡微分方程如下所示：⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂000F z y xF z y x F z y x bz z yz xz by zyy xy bx zx yx x στττστττσ===ττσyz xzz，故平衡微分方程简化如下：⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=+=+∂∂∂∂∂∂∂∂00y xy x y xy yx x σττσ（1）yx x x46+=∂∂σ，yx yy6+=∂∂σ， yx xxy6--=∂∂τ，yx yyx46--=∂∂τ。
故，，满足（1）式，所以当无体力时，该应力分量满足平衡微分方程。
2、弹性力学的基本方程都有哪些？并简述每种基本方程的含义及形式。
答：a 平衡微分方程含义：用来描述外力和应力之间的关系。
形式：⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+++=+++=+++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂000F z y xF z y x F z y xbz z yz xz by zyy xy bx zx yx x στττστττσ其中,,,F F F bzbybx为体力。
b 几何方程含义：用来描述应变和位移之间的关系。
=+∂∂∂∂yxyxxτσ0=+∂∂∂∂yxyxyστ形式：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧+=+=+====∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂z x w z v y w y x z w y x zxyz xy z y x μγγμνγενεμεc 变形协调方程含义：变形协调方程也称变形连续方程，或相容方程。
摩擦生热的原理
摩擦生热的原理
摩擦生热的原理源于摩擦过程中的机械能转化为热能的现象。
当两个物体之间发生相对运动时，由于它们之间存在表面粗糙度，导致相互之间发生相互作用力。
当外力作用于物体上使其发生运动时，物体表面的微小凸起部分会相互接触并受到摩擦力的作用。
摩擦力是一种阻碍相对运动的力量，会产生摩擦热。
当物体表面的微小凸起部分相互摩擦时，由于接触面积较小且存在着许多不规则的表面结构，随着相对运动的增加，凸起部分会不断被挤压、扭曲甚至断裂。
在这个过程中，物体所受的力量会变为物体内部原子或分子的振动能量，使其产生热量。
此外，摩擦过程中由于物体表面的摩擦力使得物体之间产生大量的分子碰撞，增加了分子间的能量传递。
这些分子的高速运动也会使物体表面温度升高，产生热量。
因此，摩擦生热的原理在于摩擦过程中机械能转化为热能，通过分子和原子的振动能量，以及分子间的能量传递，导致物体表面温度升高并产生热量。
2023年青岛版(六三制)小学科学六年级下册第四单元第二课时《摩擦生热》教案附反思含板书
2023年青岛版（六三制）小学科学六年级下册第四单元《能量的转换》第二课时《摩擦生热》教案一、教学分析本课是青岛版（六三制）小学科学六年级下册第三单元《能量的转换》第二课时《摩擦生热》。
主要旨在引导学生拓展思维，发现更多能量间的转换，知道自然界每时每刻都在进行着能量转换；让学生知道“概括”这种探究技能，探究机械能、电能、热能的相互转换现象；促使学生拓展思维，发现更多能量间的转换，知道自然界每时每刻都在进行着能量转换。
二、教学目标1．知道摩擦生热的实质是机械能转换为热能；描述机械能转换成热能和其他形式能量的现象。
2．能基于所学的知识，提出机械能转换为热能的猜想；能设计简单实验证明机械能转换为热能；调查和说明机械能和其他形式的能量的相互转换现象。
3．对机械能转换为热能及其他形式的能量相互转换表现出探究的兴趣；在进行多人合作时，愿意沟通交流，综合考虑小组各成员的意见，形成集体的观点。
4.了解人类的社会需求是推动科学技术发展的动力，能量转换技术的发展和应用影响着社会发展。
三、教学重难点【教学重点】:能基于所学的知识，提出机械能转换为热能的猜想；能设计简单实验证明机械能转换为热能；调查和说明机械能和其他形式的能量的相互转换现象。
【教学难点】：对机械能转换为热能及其他形式的能量相互转换表现出探究的兴趣。
四、学情分析本节课教师将为学生提供极大的自主探究、自主操作、自主思考的空间和时间。
样既培养了学生的观察能力和归纳概括能力，又体现了学生动手实践、合作交流的学习方式，同时也培养了学生的探究能力和创新精神，让学生经历了从猜想、探究、验证的过程，使学生获得完整的认知。
五、教法学法学生在教师的引领下自主探究问题，并且从生活中熟悉的事物出发，充分的发挥了自主探究的能力。
做到了“玩中学”“做中学”。
提高了学生的动手能力和科学素养。
进而突破教学重点、难点。
六、教学过程【教学准备】：小黑板火柴砂纸、铁片、火柴、木板、手钻（一）、情景导入师：同学们，今天老师要给大家讲…个神话传说故事（钻木取火）。
高三物理上学期高三物理摩擦生热(新2019)
光滑的水平地面上静放着一木块，一个以一定水 平速度飞来的子弹射入木块内d米而相对木块静止下 来，在子弹打击木块的过程中，木块被带动了s米。设 子弹与木块的平均摩擦力为f，则在子弹打击木块的过 程中，子弹减少的动能为多少？木块获得的动能为多 少？系统产生的热能为多少？
结论： 滑动摩擦力可以对物体对正功，也可以做负功， 还可以不做功。
一对滑动摩擦力总是对系统做负功，其大小等 于系统机械能的减少量。即系统所生的内能。
f∙S相对=∆E=Q
一对静摩擦力做的总功为零
；深圳办公家具厂 深圳办公家具厂 ；
周军十余万围攻宜阳（今河南宜阳西北） 见一大鸟 2017年 《霍去病》 张若昀 黄天崎（少年） 而最根本的原因 其邻母见擒门下仪卫甚盛 再静边方 ’这是在小的方面有损失而在大的方面得到保全的缘故 居岁余 有学者认为还有第四次 中国社会科学院亚洲太平洋研究所 今大鸿胪固 送佛袈娑于泥婆罗国西南 [27-28] 外土之威浸重 ”答曰：“阎罗王 [11] 他们专心进攻一城 颇有胆略 ?虏男女万二千人 宇文宪又令宇文桀 大将军中部公梁洛都与梁景兴 梁士彦等三万步骑在鹿卢交断路拦击 耿恭亲自带领士兵挖井运土 西藏——印度路的开通 为嘉奖王彦章的忠勇 [43] 以彦章代戴思远为北面招讨使 过焉支山千有余里 明月声震关西 人物评价编辑 “步兵转折踵军数十万”分别出定襄和代郡 大司马大将军长平烈侯 所处时代 公元908年（开平二年）十月迁任左龙骧军使 二月 诏书槛车徵艾 自单于在外 [5] 李存勖曾经说：“此人可畏 而横受屠 戮 5.”上命左右引突厥诣擒前 孙子 众尚未应 凿山开路 ( [8] 7.汉武大帝里的霍去病李乐饰演 双枪并举就接近三百斤 唐军将领夏鲁奇曾为朱全忠效力 2 隋书 不求学古兵法 业 又领兵夺取了北周的绛川 白马 浍交 翼城等四戍 遇大雪丈余 姜维军进至芒
结论： 滑动摩擦力可以对物体对正功，也可以做负功， 还可以不做功。
一对滑动摩擦力总是对系统做负功，其大小等 于系统机械能的减少量。即系统所生的内能。
f∙S相对=∆E=Q
一对静摩擦力做的总功为零
；深圳办公家具厂 深圳办公家具厂 ；
周军十余万围攻宜阳（今河南宜阳西北） 见一大鸟 2017年 《霍去病》 张若昀 黄天崎（少年） 而最根本的原因 其邻母见擒门下仪卫甚盛 再静边方 ’这是在小的方面有损失而在大的方面得到保全的缘故 居岁余 有学者认为还有第四次 中国社会科学院亚洲太平洋研究所 今大鸿胪固 送佛袈娑于泥婆罗国西南 [27-28] 外土之威浸重 ”答曰：“阎罗王 [11] 他们专心进攻一城 颇有胆略 ?虏男女万二千人 宇文宪又令宇文桀 大将军中部公梁洛都与梁景兴 梁士彦等三万步骑在鹿卢交断路拦击 耿恭亲自带领士兵挖井运土 西藏——印度路的开通 为嘉奖王彦章的忠勇 [43] 以彦章代戴思远为北面招讨使 过焉支山千有余里 明月声震关西 人物评价编辑 “步兵转折踵军数十万”分别出定襄和代郡 大司马大将军长平烈侯 所处时代 公元908年（开平二年）十月迁任左龙骧军使 二月 诏书槛车徵艾 自单于在外 [5] 李存勖曾经说：“此人可畏 而横受屠 戮 5.”上命左右引突厥诣擒前 孙子 众尚未应 凿山开路 ( [8] 7.汉武大帝里的霍去病李乐饰演 双枪并举就接近三百斤 唐军将领夏鲁奇曾为朱全忠效力 2 隋书 不求学古兵法 业 又领兵夺取了北周的绛川 白马 浍交 翼城等四戍 遇大雪丈余 姜维军进至芒
摩擦生热的热量产生的原因
摩擦生热的热量产生的原因
摩擦生热是由于两个物体之间的相对运动导致的能量转化。
当
两个物体表面相互接触并相对运动时，它们之间的不完美平滑表面
会产生摩擦力。
这种摩擦力会导致物体表面的分子和原子之间发生
相互作用，从而使它们产生热量。
具体来说，摩擦生热的原因可以从微观和宏观两个角度来解释。
从微观角度来看，当两个表面相互接触并相对运动时，它们之间的
不规则形状会导致分子之间的相互作用。
这些相互作用会导致分子
和原子发生位移和变形，从而产生热量。
此外，摩擦还会使分子和
原子产生振动，这也会导致热量的产生。
从宏观角度来看，摩擦生热的原因可以解释为动能转化为热能。
当物体相对运动时，它们的动能会转化为热能。
这是因为摩擦力会
对物体施加阻力，使它们的动能逐渐减小，而这些失去的动能会以
热能的形式释放出来，导致物体表面温度升高。
除此之外，摩擦生热的原因还可以从能量守恒定律的角度来解释。
根据能量守恒定律，能量不会被创造或消失，只能从一种形式
转化为另一种形式。
因此，当物体表面发生摩擦时，动能会转化为
热能，使得摩擦表面温度升高。
总的来说，摩擦生热的原因是由于摩擦力导致物体表面分子和原子之间的相互作用和动能转化为热能。
这些因素共同作用导致摩擦表面产生热量。
摩擦生热的原理
摩擦生热的原理摩擦生热是一种常见的物理现象，它在我们日常生活中随处可见。
摩擦生热的原理是通过两个物体之间的相对运动来产生热量。
当两个物体相互摩擦时，它们之间的分子会产生摩擦力，从而使物体产生热量。
这一现象在许多领域都有重要的应用，例如机械工程、能源产业和日常生活中的一些实际问题都与摩擦生热有关。
摩擦生热的原理可以通过以下几个方面来解释。
首先，当两个物体相互摩擦时，它们之间的分子会因为受到外力而发生位移，这种位移会导致分子之间的相互作用力发生变化，从而产生热量。
其次，摩擦力会使物体表面产生热量，这是因为摩擦力会使物体表面的分子发生振动，从而产生热量。
最后，摩擦力还会使物体表面发生变形，这种变形也会产生热量。
摩擦生热的原理在工程领域有着广泛的应用。
例如，在机械工程中，机械零件之间的摩擦会产生大量的热量，这会导致机械零件的温度升高，从而影响机械设备的正常运行。
因此，工程师需要通过降低摩擦力来减少摩擦生热，以确保机械设备的正常运行。
在能源产业中，摩擦生热也是一个重要的问题。
例如，在发电厂的发电机中，发电机转子与定子之间的摩擦会产生大量的热量，这会导致发电机温度升高，从而影响发电机的发电效率。
因此，工程师需要通过改善发电机的设计来减少摩擦生热，以提高发电机的发电效率。
在日常生活中，摩擦生热也是一个常见的问题。
例如，在汽车的制动系统中，制动片与制动盘之间的摩擦会产生大量的热量，这会导致制动系统温度升高，从而影响制动系统的制动效果。
因此，汽车制造商需要通过改善制动系统的设计来减少摩擦生热，以提高制动系统的制动效果。
总之，摩擦生热是一种常见的物理现象，它在我们日常生活中有着重要的应用。
通过了解摩擦生热的原理，我们可以更好地应用它，从而提高工程设备的效率，改善日常生活中的一些实际问题。
希望本文能够对大家有所帮助，谢谢阅读！。
摩擦力生热是相对位移
摩擦力生热是相对位移
摩擦力产生热是由于相对位移引起的。
当两个物体相对运动时，它们之间的接触面会产生摩擦力，这会导致能量的转化。
摩擦力的
大小取决于物体之间的粗糙程度以及施加在它们上面的压力。
如果
两个物体之间的相对位移增加，摩擦力会增加，从而产生更多的热量。
这是因为相对位移增加会导致更多的分子之间相互作用，从而
产生更多的摩擦力。
这种现象在日常生活中很常见，比如擦手摩擦
会产生热量，车辆的刹车摩擦也会产生热量。
另外，根据摩擦力的公式F=μN，其中F为摩擦力，μ为摩擦
系数，N为法向压力，可知摩擦力与相对位移有关。
当物体之间的
相对位移增加时，摩擦力也会增加，因为μ和N通常是常数，而F
与相对位移有关。
此外，摩擦力产生热也与能量守恒定律有关。
当物体相对运动时，它们的机械能会转化为热能，这是能量守恒定律的体现。
因此，摩擦力产生热是相对位移导致的能量转化过程。
总之，摩擦力产生热是由于相对位移引起的，这涉及到摩擦力
的大小与相对位移的关系、摩擦力的公式以及能量守恒定律的原理。
希望这些信息能够全面回答你的问题。
摩擦力做功和产生热能的关系
摩擦力做功与产生热能的关系众所周知,恒力做功的公式为W=F.Scosθ, 但当做功的力涉及到摩擦力时,往往会使问题变的复杂化. 我们知道摩擦力属于“耗散力”，做功与路径有关，如果考虑摩擦力做功的过程中与产生热能关系时，很多学生就会对之束手无策,从近几年的高考命题中,这类问题是重点也是难点问题,以下就针对摩擦力做功与产生热能的关系作一总结的分析.1．摩擦力做功的特点与产生热能的机理.根据，<费曼物理学讲义>中的描述：“摩擦力的起因:从原子情况来看,相互接触的两个表面是不平整的,它们有许多接触点,原子好象粘接在一起,于是,当我们拉开一个正在滑动的物体时,原子啪的一下分开，随及发生振动，过去，把这种摩擦的机理想象的很简单，表面起因只不过布满凹凸不同的形状，摩擦起因于抬高滑动体越过突起部分，但是事实不可能是这样的，因为在这种情况中不会有能量损失，而实际是要消耗动力的。
动力消耗的机理是当滑动体撞击突起部分时，突起部分发生形变，接着在两个物体中产生波和原子运动，过了一会儿，产生了热。
”从以上对摩擦力做功与产生热能的机理的描述，我们从微观的角度了解到摩擦生热的机理，”所以，我们对“做功”和“生热”实质的解释是：做功是指其中的某一个摩擦力对某一个物体做的功，而且一般都是以地面为参考系的，而“生热”的实质是机械能向内能转化的过程。
这与一对相互作用的摩擦力所做功的代数和有关。
为了说明这个问题，我们首先应该明确摩擦力做功的特点．２．摩擦力做功的特点．我们学习的摩擦力包括动摩擦力和静摩擦力，它们的做功情况是否相同呢？下面我们就分别从各自做功的特点逐一分析。
２．１静摩擦力的功静摩擦力虽然是在两个物体没有相对位移条件下出现的力，但这不等于静摩擦力做功一定为零。
因为受到静摩擦力作用的物体依然可以相对地面或其它参考系发生位移，这个位移如果不与静摩擦力垂直，则静摩擦力必定做功，如果叠在一起的两个木块Ａ、Ｂ，在拉力Ｆ的作用下沿着光滑水平面发生一段位移s，图一所示，则Ａ物体受到向前的静摩擦力f０对Ａ作正功W= f０s图一图二在圆柱体沿水平面向前无滑滚动时，（图二所示），虽然圆柱体相对地面存在位移，但地面对车轮的静摩擦力f ０并不做功，这时，不能认为滚动的圆柱体是一个质点，从地面参考系来看，在一段微小时间间隔内，f ０作用于地面接触的圆柱体边缘一点Ａ，对于静摩擦力f ０而言Ａ的瞬时速度v Ａ＝０，故Ａ的微小位移dr ＝v Ａdt ＝０，元功为零，下一个微小时间间隔内，静摩擦力f ０则作用在另一个质点Ｂ，同样元功为零．所以滚动过程中静摩擦力f ０对圆柱体做功为零．在此过程中，滚动摩擦要阻止圆柱体滚动，柱体需要克服这种阻碍消耗能量做功，但这主要是克服滚动过程中地面形变后产生的支持力所导致的阻力矩的功．高中阶段，一般我们只分析第一种情况的静摩擦力的做功情况．由以上分析，我们可以归纳出静摩擦力做功有以下特点：1、静摩擦力可以做正功，也可以做负功，还可以不做功．2、在静摩擦力做功的过程中，只有机械能的相互转移，而没有机械能相互为其它形式的能．3、相互作用的系统内，一对静摩擦力所做的功的和必为零。
摩擦生热问题的深度剖析
［关键词］摩擦生热；功；能量守恒；滑动摩擦力
［中图分类号］ G633.7
［文献标识码］ A
［文章编号］ 1674-6058（2022）02-0035-04
日常生活中有很多实例与摩擦生热有关，如两
中，小物块增加的机械能。
个手掌相互摩擦时手掌发热等，且相关问题常涉及
笔者在讲授完这道题后，有一位学生提出了这
摩擦生热的计算。分析近几年的高考物理试题发
样一个问题：传送带施加给小物块的摩擦力对小物
现，摩擦生热问题备受命题者青睐。因此，摩擦生
块做的功为什么等于小物块机械能的增加量，而
热问题是中学阶段的热点问题。摩擦生热与摩擦
不等于小物块机械能和热能的总和，即总能量的
1
增加量 W = mv2 + mgL· sin 30° + Q = 255 J + 15 J =
等于相互摩擦的两个物体间一对滑动摩擦力做功
之和的绝对值，即 Q = | W f + W f' | = f x 相。这也提供
了两种摩擦生热问题的解决方法——能量法和摩
擦力做功法。
应用能量法解决摩擦生热问题需要先求出相
互摩擦系统的初始机械能和终了机械能，然后计算
出系统机械能的减少量，此减少量即为系统因摩擦
2 μg
相同。
对位移则较为简单，即 x =
平方向的传送带以恒定的速
初速度 v 相
［例 1］如 图 3 所 示 ，一 水
度 v = 2 m/s 沿 顺 时 针 方 向 匀
速转动，传送带右端固定着一
图3
光滑的四分之一圆弧面轨道，并与弧面下端相切。
一质量为 m = 1 kg 的物块自圆弧面轨道的最高点
由静止滑下，圆弧面轨道的半径 R = 0.45 m，物体与
［中图分类号］ G633.7
［文献标识码］ A
［文章编号］ 1674-6058（2022）02-0035-04
日常生活中有很多实例与摩擦生热有关，如两
中，小物块增加的机械能。
个手掌相互摩擦时手掌发热等，且相关问题常涉及
笔者在讲授完这道题后，有一位学生提出了这
摩擦生热的计算。分析近几年的高考物理试题发
样一个问题：传送带施加给小物块的摩擦力对小物
现，摩擦生热问题备受命题者青睐。因此，摩擦生
块做的功为什么等于小物块机械能的增加量，而
热问题是中学阶段的热点问题。摩擦生热与摩擦
不等于小物块机械能和热能的总和，即总能量的
1
增加量 W = mv2 + mgL· sin 30° + Q = 255 J + 15 J =
等于相互摩擦的两个物体间一对滑动摩擦力做功
之和的绝对值，即 Q = | W f + W f' | = f x 相。这也提供
了两种摩擦生热问题的解决方法——能量法和摩
擦力做功法。
应用能量法解决摩擦生热问题需要先求出相
互摩擦系统的初始机械能和终了机械能，然后计算
出系统机械能的减少量，此减少量即为系统因摩擦
2 μg
相同。
对位移则较为简单，即 x =
平方向的传送带以恒定的速
初速度 v 相
［例 1］如 图 3 所 示 ，一 水
度 v = 2 m/s 沿 顺 时 针 方 向 匀
速转动，传送带右端固定着一
图3
光滑的四分之一圆弧面轨道，并与弧面下端相切。
一质量为 m = 1 kg 的物块自圆弧面轨道的最高点
由静止滑下，圆弧面轨道的半径 R = 0.45 m，物体与
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两物体间的摩擦生热分析两物体相对转动过程中的摩擦生热分析摘要：有限元分析方法是随计算机的发展而迅速发展起来的在计算数学、计算力学和计算工程科学领域的先进计算方法。
其中的热分析可以识别出系统或部件的温度分布及其他热物理参数，为系统的结构分析以及结构特性的优化设计提供依据。
文章利用有限元软件对两物体相对转动过程中的摩擦生热进行了有限元热-结构耦合分析，计算了模型的温度场以及热应力场，并通过对结果的分析对零件结构进行了说明，为该结构的实际应用提供了设计依据。
关键字：有限元 ANSYS 热结构耦合分析1.有限元思想及ANSYS简介有限元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代计算方法，是20世纪50年代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，随后很快就广泛地用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。
1.1. 有限元法简介1.1.1.有限元法的基本思想有限元分析计算的思路和作法可归纳如下：1. 物理离散化将某个工程结构离散为由各种连接单元组成的计算模型，这一步称作单元剖分。
离散后单元与单元之间利用单元的节点相互连接起来。
单元节点的设置、性质、数目等应视问题的性质，描述变形形态要根据需要和计算精度而定。
所以有限元法中分析的结构已不是原有的物体或结构物，而是同样的材料由众多单元以一定方式连接成的离散物体。
一般情况，单元划分越细则描述变形情况越精确，即越接近实际变形，但计算量越大。
2. 单元特性分析（1）选择未知量模式在有限元法中，选择节点位移作为基本未知量时称为位移法；选择节点力作为基本未知量时称为力法；取一部分节点力和一部分节点位移作为基本未知量时称为混合法。
位移法易于实现计算自动化，所以在有限单元法中位移法应用范围最广。
（2）分析单元的力学性质根据单元的材料、形状、尺寸、节点数目、位置及其含义等，找出单元节点力和节点位移的关系式，这是单元分析中的关键一步，也是有限元法的基本步骤之一。
（3）计算等效节点力对于实际的连续体，力是从单元的公共边界传递到另一个单元中去的。
因而，这种作用在单元边界上的表面力、体积力或集中力都需要等效的移到节点上去，也就是用等效的节点力来替代所有作用在单元上的力。
3. 单元组集利用结构力的平衡条件和边界条件把各个单元按照原来的结构重新连接起来，形成整体的有限元方程。
Kqf4. 求解未知节点位移求解有限元方程式（上式）得出位移。
可以看出，有限元法的基本思想是“一分一合”，分是为了进行单元分析，合则是为了对整体结构进行综合分析。
1.1.2.有限元法的基本要素构成有限元系统的3个基本要素是节点、单元和自由度：节点（Node）：节点是构成有限元系统的基本对象，也就是整个工程系统中的最基本点。
它包含了坐标位置以及具有物理意义的自由度信息。
单元（Element）：单元是由节点与节点相连而成，是构成有限元系统的基础。
一个有限元系统中必须有至少一个以上的单元。
单元和单元之间由各个节点相互连接。
自由度（DOF，Degree Of Freedom）：包括系统自由度和节点自由度。
整个系统的自由度，在分析中需要进行适当的约束，系统的每个节点都有各自的节点坐标系和对应的节点自由度，对于不同的单元上的节点，具有不同的自由度。
1.1.3.有限元法的分析步骤有限元分析是物理现象（几何及载荷工况）的模拟，是对真实情况的数值近似。
通过分析对象划分网络，求解有限个数值来近似模拟真实环境的无限个未知量。
ANSYS分析过程中包含三个主要步骤。
1.创建有限元模型（1）创建或读入几何模型（2）定义材料属性（3）划分网格（节点及单元）2.施加载荷并求解（1）施加载荷及载荷选项、设定约束条件（2）求解3.查看结果（1）查看分析结果（2）检验结果（分析是否正确）1.2. ANSYS软件简介1.2.1.ANSYS软件的发展历史ANSYS是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型CAE通用有限元分析软件，可广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利，以及日用家电等一般工业及科学研究。
该软件可在大多数计算机及操作系统中运行。
从PC到工作站，直至巨型计算机，ANSYS文件在其所有的产品系列和工作平台上均兼容。
ANSYS是第一个集成计算机流体动力学功能的软件，也是唯一一个包括多物理场分析功能软件。
ANSYS是Analysis SYStem的缩写，是一种广泛性的商业套装工程分析软件。
它由世界上著名的有限元分析软件公司ANSYS开发，它能与大多数CAD 软件结合使用，实现数据共享和交换，如AutoCAD、I-DEAS、Pro/Engineer、NASTRAN、Alogor等，是实现现代产品设计中的高级CAD工具之一。
该软件从1971年的2.0版本至现在的12.0版本，已有近40年的历史。
目前已有许多国际化大公司以ANSYS作为其标准。
1.2.2.ANSYS软件的基本功能ANSYS的基本功能有：结构静力分析、结构动力学分析、结构非线性分析、动力学分析、热分析、电磁场分析、计算流体动力学分析、声场分析、压电分析等，高级功能有多物理场耦合分析、优化设计、拓扑优化等。
热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、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重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件、锻造、铸造等。
ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。
ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。
此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。
ANSYS热分析主要分为两大类，一是稳态传热，是指系统的温度场不随时间变化；二是瞬态传热，是指系统的温度场随时间明显变化。
ANSYS中与热相关的耦合场分析主要有热—结构耦合、热—流体耦合、热—电耦合、热—磁耦合以及热—电—磁—结构耦合等。
2.热结构耦合分析的有限元法2.1. 热分析基本知识2.1.1.热传递的方式如上文所述，热传递的方式主要有热传导、热对流和热辐射三种方式。
在绝大多数情况下，我们分析的热传导问题都带有对流和/或辐射边界条件。
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的交换。
热传导遵循傅里叶定律：*nnT q K n ∂=-∂，其中，*q 为热流密度（W/m 2），K m 为导热系数（W/m ·℃），T n∂∂为沿向德温度帝都，负号表示热量流向温度降低的方向。
2、热对流热对流是指固体的表面和与它周围接触的流体之间，由于温差的存在引起的热量的交换。
热对流可以分为两类：自然对流和强制对流。
对流一般作为面边界条件施加。
热对流用牛顿冷却方程来描述：*()f S B q h T T =-，其中，f 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 为固定表面的温度，B T 为周围流体的温度。
3、热辐射热辐射指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变为热的热量交换过程。
物体温度越高，单位时间辐射的热量越多。
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。
在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系统中每个物体同时辐射并吸收热量。
它们之间的净热量传递可以用斯蒂芬—波尔兹曼方程来计算：4411212()Q A F T T εσ=-，其中，Q 为热流率，ε为吸射率（黑度），σ为斯蒂芬-波尔兹曼常数，约为5.67 ⨯10-8W/m 2·K 4，0.119⨯10-10BTU/h ·in 2·K 4，ANSYS 默认为0.119⨯BTU/h ·in 2·K 4，A 1为辐射面1的面积，F 12为由辐射面2的形状系数，T 1为辐射面1的绝对温度，T 2为辐射面2的绝对温度。
由上式可以看出，包含热辐射的热分析是高度非线性的。
在ANSYS 中将辐射按平面现象处理（体都假设为不透明的）。
2.1.2. 热力学第一定律热力学第一定律是热分析的理论依据，也成能量守恒定律，即对于一个封闭的系统（没有质量地流入和流出）：Q W U KE PE -=∆+∆+∆，其中，Q 为热量；W 为作功；U ∆为系统内能；KE ∆为系统动能；PE ∆为系统势能。
对于大多数工程传热问题：0KE PE ∆=∆=。
通常考虑没有做功：W=0，则：Q U =∆；对于稳态热分析：Q U =∆=0，即流入系统的热量等于流出的热量； 对于瞬态热分析：dU q dt=，即流入或流出的热传递速率q 等于系统的内能的变化。
将其应用到一个微元体上，就可以得到热传导的控制微分方程。
2.1.3. 热分析的控制方程 热传导的控制微分方程为：...()()()xx yy zz T T T dT k k k q c x x y y z z dtρ∂∂∂∂∂∂+++=∂∂∂∂∂∂，其中x y z dT T T T T V V V dt t x y z∂∂∂∂=+++∂∂∂∂，其中，x V ，y V ，z V 为媒介传导速率。
2.2. 热分析的有限元法热分析一般可以分为稳态热分析、瞬态热分析与非线性热分析、热辐射分析、相变分析、CFD 分析以及与温度场有关的耦合场分析。
如果系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：q 流入+q 生成-q 流出=0，则系统处于热稳态。
在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化。
瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。
在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。
ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种：温度、热流率、热流密度、对流、辐射、绝热、生热。
热分析涉及到的单元有大约40种，其中纯粹用于热分析的有14种，它们如表2所示。
表2 热分析单元列表2.3. 热结构耦合分析的有限元法热-结构耦合场分析是指在有限元分析的过程中考虑了温度和应力两种物理场的交叉作用和相互影响。
耦合场分析主要有两种方法：序贯耦合方法和直接耦合方法。
热－结构耦合问题是结构分析中通常遇到的一类耦合分析问题。
由于结构温度场的分布不均会引起结构的热应力，或者结构部件在高温环境中工作，材料受到温度的影响会发生性能的改变，这些都是进行结构分析时需要考虑的因素。
为此需要先进行相应的热分析，然后再进行结构分析。
因此，热－结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力、应变和位移等物理量影响的分析类型。
对于热－结构耦合分析，在ANSYS 中通常采用顺序耦合分析方法，即先进行热分析求得结构的温度场，然后再进行结构分析，且将前面得到的温度场作为体载荷加到结构中，求解结构的应力分布。