ANSYS热分析指南
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
1 ANSYS热分析指南
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：
1 第四章 热分析作业
一、什么是热重分析（英文缩写）？
(Thermogravimetric Analysis)，TG
热重法：在程序控制温度下，测量物质的质量与温度或时间的关系的一种技术。
二、 什么是差热分析（英文缩写）？
Differential Thermal Analysis，DTA
差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度或时间关系的一种技术。
三、 影响差热曲线的主要因素是什么？
老师课件：
1. 升温速度的影响
2.气氛的影响
3．试样特性的影响
4.试样量及粒度的影响
5.试样的结晶度、纯度和离子取代
6.试样的装填
7. 参比物的选择
课本：
内因：
1.晶体结构的影响
2.阳离子电负性、离子半径及电价的影响
3.氢氧离子浓度的影响
外因：
1.加热速度
2.试样的形状、称量及装填
3.压力和气氛的影响
4.试样粒度的影响
四、哪些反应过程是吸热反应？哪些过程是放热反应？
放热：熔融、重结晶、氧化反应、燃烧、晶格重建及形成新矿物
吸热：熔化、脱水反应、分解反应、还原反应、蒸发、升华、气化和晶格破坏等
五、什么是外推起始点温度？
在差热曲上，曲线开始偏离基线那点的切线与曲线最大斜率切线的交点。（课本）
在峰的前沿最大斜率点的切线与外推基线的交点
六、差热曲线鉴定物质的依据是什么？优先考虑什么？
鉴定物质的依据是：峰位置所对应的温度尤其是外延起始温度是鉴别物质及其变化的定性依据，峰面积是反映热效应总热量，是定量计算热效应的依据，峰的形状则可求得热效应的动力学参数；试样在升温或降温过程中的物理化学变化是试样本身的热特性，相对应差热曲线也具有其本身特性，借此可以判定物质的组成及反应机理。
优先考虑的是峰位置及峰面积，根据峰位置定性鉴别物质，测出反应峰的面积可求出ΔH，从而确定反应物质的名称及含量
七、什么是差示扫描量热分析（英文缩写）？
Differential Scanning Calorimetry，DSC)
固态相变习题
第一章自测题试卷
1、固态相变是固态金属（包括金属与合金）在（）和（）改变时，（）的变化。
2、相的定义为（）。
3、新相与母相界面原子排列方式有三种类型，分别为（）、（）、（），其中（）界面能最低，（）应变能最低。
4、固态相变的阻力为（）及（）。
5、平衡相变分为（）、（）、（）、（）、（）。
6、非平衡相变分为（）、（）、（）、（）、（）。
7、固态相变的分类，按热力学分类：（）、（）；按原子迁动方式不同分类：（）、（）；按生长方式分类（）、（）。
8、在体积相同时，新相呈（）体积应变能最小。
A．碟状（盘片状） B.针状 C.球状
9、简述固态相变的非均匀形核。
10、简述固态相变的基本特点。
第二章自测题试卷
1、分析物相类型的手段有（）、（）、（）。
2、组织观测手段有（）、（）、（）。
3、相变过程的研究方法包括（）、（）、（）。
4、阿贝成像原理为（）。
5、物相分析的共同原理为（）。
6、扫描电镜的工作原理简单概括为：（）。
7、透射电子显微镜的衬度像分为（）、（）、（）。
第三章自测题试卷
1. 根据扩散观点，奥氏体晶核的形成必须依靠系统内的（）：
A.能量起伏、浓度起伏、结构起伏
B. 相起伏、浓度起伏、结构起伏
C.能量起伏、价键起伏、相起伏 D. 浓度起伏、价键起伏、结构起伏
2. 奥氏体所具有的性能包括：（）
A.高强度、顺磁性、密度高、导热性差；
B.高塑性、顺磁性、密度高、导热性差；
C.较好热强性、高塑性、顺磁性、线膨胀系数大；
D.较好热强性、高塑性、铁磁性、线膨胀系数大。
3. 影响奥氏体转变的影响因素包括（）、（）、（）、（）。
4．控制奥氏体晶粒大小的措施有：（），（），（），（）。
5．奥氏体是Fe-C合金中的一种重要的相，一般是指（），碳原子位于（）。
6. 绘图说明共析钢奥氏体的形成过程。
7. 奥氏体易于在铁素体和渗碳体的相界面处成核的原因是什么？
4.1瞬态传热的定义
ANSYS/Multiphysics , ANSYS/Mechanical, ANSYS/FLOTRAN
ANSYS/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)
■Stepped Steady
analysis
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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。
