ANSYS_热分析(两个实例)有限元热分析上机指导书

《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。

《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。

ANSYS热分析指南(第三章)第三章稳态热分析3.1稳态传热的定义ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和ANSYS/Professional这些产品支持稳态热分析。

稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。

通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。

也可以在所有瞬态效应消失后，将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步进行分析。

稳态热分析可以计算确定由于不随时间变化的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。

这些热载荷包括：对流辐射热流率热流密度（单位面积热流）热生成率（单位体积热流）固定温度的边界条件稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的非线性问题。

事实上，大多数材料的热性能都随温度变化，因此在通常情况下，热分析都是非线性的。

当然，如果在分析中考虑辐射，则分析也是非线性的。

3.2热分析的单元ANSYS和ANSYS/Professional中大约有40种单元有助于进行稳态分析。

有关单元的详细描述请参考《ANSYS Element Reference》，该手册以单元编号来讲述单元，第一个单元是LINK1。

单元名采用大写，所有的单元都可用于稳态和瞬态热分析。

其中SOLID70单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流的功能。

这些热分析单元如下：表3-1二维实体单元表3-2三维实体单元表3-3辐射连接单元表3-4传导杆单元表3-5对流连接单元表3-6壳单元表3-7耦合场单元表3-8特殊单元3.3热分析的基本过程ANSYS热分析包含如下三个主要步骤：前处理：建模求解：施加荷载并求解后处理：查看结果以下的内容将讲述如何执行上面的步骤。

首先，对每一步的任务进行总体的介绍，然后通过一个管接处的稳态热分析的实例来引导读者如何按照GUI路径逐步完成一个稳态热分析。

最后，本章提供了该实例等效的命令流文件。

第四讲 热分析上机指导书CAD/CAM 实验室，USTC实验要求：1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。

2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进行瞬态热分析的基本过程。

内容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a ）的温度场分布及位移和应力分布。

一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。

冷却栅材料为不锈钢，特性如下：导热系数：25.96 W/m ℃弹性模量：1.93×109 MPa热膨胀系数：1.62×10-5 /℃泊松比：0.3边界条件：（1）管内：压力：6.89 MPa流体温度：250 ℃对流系数249.23 W/m 2℃（2）管外：空气温度39℃对流系数：62.3 W/m 2℃假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。

其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。

练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1. 定义工作文件名及工作标题1) 定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【ChangeJobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。

2) 定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。

3) 关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> WindowOptions ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。

ANSYS热分析指南第一章 简介 (2)第二章 基础知识 (4)第三章 稳态热分析 (8)第四章 瞬态热分析 (43)第五章 表面效应单元 (66)第六章 热辐射分析 (90)第七章 热应力分析 (120)第一章 简介1.1 热分析的目的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，我们一般关心的参数有：温度的分布热量的增加或损失热梯度热流密度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、电子元件等等。

通常在完成热分析后将进行结构应力分析，计算由于热膨胀或收缩而引起的热应力。

1.2 ANSYS中的热分析ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Professional、ANSYS/FLOTRAN四种产品中支持热分析功能。

ANSYS热分析基于由能量守恒原理导出的热平衡方程，有关细节，请参阅《ANSYS Theory Reference》。

ANSYS使用有限元法计算各节点的温度，并由其导出其它热物理参数。

ANSYS可以处理所有的三种主要热传递方式：热传导、热对流及热辐射。

1.2.1 对流热对流在ANSYS中作为一种面载荷，施加于实体或壳单元的表面。

首先需要输入对流换热系数和环境流体温度，ANSYS将计算出通过表面的热流量。

如果对流换热系数依赖于温度，可以定义温度表，以及在每一个温度点处的对流换热系数。

1.2.2 辐射ANSYS提供了四种方法来解决非线性的辐射问题：辐射杆单元（LINK31）使用含热辐射选项的表面效应单元（SURF151-2D,或SURF152-3D）在AUX12中，生成辐射矩阵，作为超单元参与热分析使用Radiosity求解器方法有关辐射的详细描述请阅读本指南第四章。

1.2.3 特殊的问题除了前面提到的三种热传递方式外，ANSYS热分析还可以解决一些诸如：相变（熔融与凝固）、内部热生成（如焦耳热）等的特殊问题。

Temperature distribution in a CylinderWe wish to compute the temperature distribution in a long steel cylinder with inner radius 5 inches and outer radius 10 inches. The interior of the cylinder is kept at 75 deg F, and heatis lost on the exterior by convection to a fluid whose temperature is 40 deg F. The convection coefficient is 0.56 BTU/hr-sq.in-F and the thermal conductivity for steel is 0.69 BTU/hr-in-F.1. Start ANSYS and assign a job name to the project. Run Interactive -> set working directory and jobname.2. Preferences -> Thermal will show -> OK3. Recognize symmetry of the problem, and a quadrant of a section through the cylinder is created using ANSYS area creation tools. Preprocessor -> Modeling -> Create -> Areas -> Circle -> Partial annulusThe following geometry is created.4. Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete -> Add -> Thermal Solid -> Solid 8 node 77 -> OK -> Close5. Preprocessor -> Material Props -> Isotropic -> Material Number 1 -> OKEX = 3.E7 (psi)DENS = 7.36E-4 (lb sec^2/in^4)ALPHAX = 6.5E-6PRXY = 0.3KXX = 0.69 (BTU/hr-in-F)6. Mesh the area and refine using methods discussed in previous examples.7. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperatures -> NodesSelect the nodes on the interior and set the temperature to 75.8. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Convection -> LinesSelect the lines defining the outer surface and set the convection coefficient to 0.56 and the fluid temp to 40.9. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Heat Flux -> LinesTo account for symmetry, select the vertical and horizontal lines of symmetry and set the heat flux to zero.10. Solution -> Solve current LS11. General Postprocessor -> Plot Results -> Nodal Solution -> TemperaturesThe temperature on the interior is 75 F and on the outside wall it is found to be 45. These results can be checked using results from heat transfer theory.BackThermal Stress of a Cylinder using Axisymmetric ElementsA steel cylinder with inner radius 5 inches and outer radius 10 inches is 40 inches long and has spherical end caps. The interior of the cylinder is kept at 75 deg F, and heat is lost on the exterior by convection to a fluid whose temperature is 40 deg F. The convection coefficient is 0.56 BTU/hr-sq.in-F. Calculate the stresses in the cylinder caused by the temperature distribution.The problem is solved in two steps. First, the geometry is created, the preference set to'thermal', and the heat transfer problem is modeled and solved. The results of the heat transfer analysis are saved in a file 'jobname.RTH' (Results THermal analysis) when you issue a save jobname.db command.Next the heat transfer boundary conditions and loads are removed from the mesh, the preference is changed to 'structural', the element type is changed from 'thermal' to 'structural', and the temperatures saved in 'jobname.RTH' are recalled and applied as loads.1. Start ANSYS and assign a job name to the project. Run Interactive -> set working directory and jobname.2. Preferences -> Thermal will show -> OK3. A quadrant of a section through the cylinder is created using ANSYS area creation tools.4. Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete -> Add -> Solid 8 node 77 -> OK ->Options -> K3 Axisymmetric -> OK5. Preprocessor -> Material Props -> Isotropic -> Material Number 1 -> OKEX = 3.E7 (psi)DENS = 7.36E-4 (lb sec^2/in^4)ALPHAX = 6.5E-6PRXY = 0.3KXX = 0.69 (BTU/hr-in-F)6. Mesh the area using methods discussed in previous examples.7. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperatures -> NodesSelect the nodes on the interior and set the temperature to 75.8. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Convection -> LinesSelect the lines defining the outer surface and set the coefficient to 0.56 and the fluid temp to 40.9. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Heat Flux -> LinesSelect the vertical and horizontal lines of symmetry and set the heat flux to zero.10. Solution -> Solve current LS11. General Postprocessor -> Plot Results -> Nodal Solution -> TemperatureThe temperature on the interior is 75 F and on the outside wall it is found to be 43.12. File -> Save Jobname.db13. Preprocessor -> Loads -> Delete -> Delete All -> Delete All Opts.14. Preferences -> Structural will show, Thermal will NOT show.15. Preprocessor -> Element Type -> Switch Element Type -> OK (This changes the element to structural)16. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Displacements -> Nodes(Fix nodes on vertical and horizontal lines of symmetry from crossing the lines of symmetry.)17. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperature -> From Thermal AnalysisSelect Jobname.RTH (If it isn't present, look for the default 'file.RTH' in the root directory)18. Solution -> Solve Current LS19. General Postprocessor -> Plot Results -> Element Solution - von Mises StressThe von Mises stress is seen to be a maximum in the end cap on the interior of the cylinder and would govern a yield-based design decision.Back。