(瞬态)ansys热分析例题2

《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。

模型[1]热传导问题：如图，110R cm =，220R cm =，密度为36000/kg m ，比热容为220/()J kg K ⋅，热传导率为6/()W m K ⋅，初始温度为300℃，突然放入30℃的液体中冷却，这种液体对流换热系数2120/()h W m K =⋅。

计算：（1）第1秒和第60秒这两个时刻温度分布情况；（2）内外边在60秒内温度变化。

1．设置环境① 设置分析模块。

本例是温度分布分析，所以只需要选择热分析模块，这样就可以把结构分析模块、电磁场分析模块和流体分析模块的菜单都过滤掉。

设置如图② 设置单位在命令行输入“/units,SI ”，SI 为设定为国际单位制。

必须注意：[1] 秦宇.ANSYS 11.0基础与实例教程[M]. 北京,化学工业出版社,2009:318-330ANSYS程序不会为你的分析假定一个单位制，除了磁场分析以外，你可以使用任何单位制，只要你能保证你输入的所有数据都是按照这个单位制进行的。

也就是说，单位制在所有输入数据中应该保持一致。

使用/UNITS命令，你可以在ANSYS数据库中进行标记来表示你使用的单位制。

但是请注意，这个命令并不将一个单位转化为另一个。

它仅仅只作为对分析的一个评论记录。

什么意思呢？就是/UNITS只是个标记，告诉别人程序的单位制，即使程序中没有使用这种单位制，它也不能将这种单位制转化为自己标记的那个单位制。

所以，如果你要让ANSYS的单位为国际单位制，你在输入物理量之前，先将所有的物理量转换为国际单位制，如：原先你的图纸上均为毫米，比如一个矩形截面尺寸是400mm*500mm，那么，你在建模之前先转化为0.4m*0.5m然后输入的长度为0.4和0.5，ANSYS只知道你输入的是0.4和0.5，它不知道你的单位是什么。

2．定义单元类型和材料属性①选择单元类型。

如图：我们选择【Quad 4node 55】即选择了PLANE55单元。

下面介绍一下PLANE55单元，我们直接从ANSYS帮助文档中摘录。

第33例瞬态热分析实例——水箱本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。

33.1概述热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。

33.1.1 瞬态热分析的定义瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。

一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。

33.1.2 嚼态热分析的步骤瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。

1．建模瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。

注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。

2.施加载荷和求解(1)指定分析类型，Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择Transient。

(2)获得瞬态热分析的初始条件。

定义均匀的初始温度场：Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp，初始温度仅对第一个子步有效，而用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意二者的区别。

定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的，可以用Main Menu→Solution→Define Loads →Apply→Initial Condit'n→Define即IC命令施加。

非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。

该稳态分析与一般的稳态分析相同。

注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等），将时间积分关闭，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts →Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步，Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step。

357热力学分析 第 21 章set,lastesel,s,mat,,1nsle,splnsol,tempesel,s,mat,,2nsle,splnsol,temp 21.3.5 瞬态传热分析实例二一个钢铸件及其砂模的横截面尺寸如图21-12所示，砂模的热物理性能见表21-4，铸钢的热物理性能见表21-5。

铸钢的温度为2875o F ，砂模的温度为80o F ；砂模外边界的对流边界条件为：对流系数——0.014BTU/（hr.in 2.°F ），空气温度——80°F ；求3个小时后铸钢及砂模的温度分布。

表21-4砂模的热物理性能 单位制导热系数（KXX ） BTU/（hr.in.°F ） 0.025 密度（DENS ） lbm/in 3 0.254 比热（C ） BTU/（lbm.°F ） 0.28表21-5铸钢的热物理性能 单位制 0°F 2643°F 2750°F 2875°F导热系数 BTU/）（hr.in.°F） 1.44 1.54 1.22 1.22 焓 BTU/in 3 0 128.1 163.8 174.2限于篇幅问题，这里只给出命令流，菜单操作从略。

命令流如下：/title, Casting Solidification!进入前处理/prep7et,1,plane55mp,dens,1,0.054mp,kxx,1,0.025mp,c,1,0.28mptemp,1,0,2643,2750,2875mpdata,kxx,2,1.44,1.54,1.22,1.22mpdata,enth,2,0,128.1,163.8,174.2mpplot,kxx,2mpplot,enth,2save！创建几何模型k,1,0,0,0k,2,22,0,0k,3,10,12,0k,4,0,12,0/pnum,kp,1/pnum,line,1/pnum,area,1/Triad,ltop图21-12 模型示意图。

ANSYS瞬态热分析--样件加热⽬录1. 要求⼀块0.8m*0.4m*0.2m厚的钢板，在300℃的炉⼦中进⾏加热，其材料参数如下表所⽰:材料参数序号名称参数1导热系数452弹性模量210E93⽐热5403泊松⽐0.34密度78502. ANSYS有限元分析ANSYS单位W/m℃对流换热系数：取202.1 APDL建模!程序头FINISH/CLEAR/FILENAME, TSR/PREP7!设置单元ET,1,SOLID278!设置材料MP,KXX,1,45!定义材料的导热系数MP,C,1,540!定义⽐热容MP,DENS,1,7850!密度!建⽴模型BLC4,0,0,0.8,0.4,0.2!设置属性TYPE,1MAT,1!设置⽹格划分LESIZE,1,,,25LESIZE,2,,,25LESIZE,9,,,20VMESH,ALL!设置初始温度TUNIF,22,!对流换热系数和环境温度SFA,ALL,1,CONV,100,300!设置温度偏移TOFFST,273,!设置求解FINISH/SOLANTYPE,4!瞬态分析KBC,1TRNOPT,FULL!完全法LUMPM,0DELTIM,60,30,300!默认时间间隔60s，最⼩30s，最⼤300s OUTRES,ALL,ALL!结果完全输出TIME,6000!100分钟SOLVE!求解FINISH/POST1PLNSOL,TEMP,,0!显⽰温度云图!显⽰中间⼀点的温度随时间的曲线FINISH/POST26SOLU,191,NCMITSTORE,MERGEFILLDATA,191,,,,1,1REALVAR,191,191NSOL,2,NODE(0.4,0.2,0.2),TEMP,,TEMP_3STORE,MERGEXVAR,1PLVAR,2,SAVE最后时刻温度云图温度随时间变化曲线。