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第24卷 第1期 邢台职业技术学院学报 V ol.24No.1 2007年2月 Journal of Xingtai Polytechnic College Feb. 2007 ANSYS在焊接温度场数值模拟中的应用王新彦，高军芳，刘兵群（邢台职业技术学院机电系，河北邢台054035）摘要：目前数值模拟技术已广泛应用于各生产研究领域，ANSYS是一种被广泛应用的有限元数值模拟软件，本文阐述了ANSYS在焊接温度场数值模拟中的几个应用技巧，合理使用这些技巧可以缩短模拟过程的时间，提高模拟精度。
关键词：ANSYS；数值模拟；应用技巧中图分类号：TP15;TG40 文献标识码：A 文章编号：1008—6129（2007）01—0054—03目前，在工程领域内常用的数值模拟方法有：有限元法、边界元法、离散元法和无限元法等，其中，发展最成熟，应用最广泛的是有限元法。
随着有限元技术的发展与应用，以及近年来由于计算机技术的突飞猛进，目前已经有了不少优秀的有限元计算分析软件，其中ANSYS, ABAQUS, ADINA, NASTRAN, MARC, SYSWBLD等可供焊接工作者选用。
不同软件处理问题的侧重点有所不同，在这些软件中，美国ANSYS公司的产品是一个涵盖最多工程领域的FEM软包。
该产品在结构分析、热分析、流体分析、电及电磁场分析方面都非常成功，目前已广泛应用于航天、汽车工业、生物医学、桥梁建筑、电子产品、重型机械等领域。
在实际的应用中，作者发现应用ANSYS软件时，任一环节的错误操作或遗漏都可能导致错误的结果，甚至退出计算。
要想保证软件能按照用户的思路运行。
除掌握了它的使用性能外，还需要一些技巧，本文阐述了几个重要的用ANSYS软件解决焊接温度场模拟问题的应用技巧，希望能对使用ANSYS研究焊接温度场的同行有所帮助。
一、ANSYS建模技术在焊接结构中，焊接接头处焊件的形状一般是长方体、圆柱体、空心圆柱体（管）等规则的形体，建模时采用自上而下的方法直接创建最高级的图元，当用户定义了一个体素时，程序会自动定义相关的面、线、和关键点。
稳态热分析数值模拟实例1——短圆柱体的热传导过程1、问题描述有一短圆柱体，直径和高度均为1m，其结构如图7.1所示，现在其上端面施加大小为100℃的均匀温度载荷，圆柱体下端面及侧面的温度均为0℃，试求圆柱体内部的温度场分布（假设圆柱体不与外界发生热交换，圆柱体材料的热传导系数为30 W/（m•℃））。
图7.1 圆柱体结构示意图2、三维建模应用Pro-E软件对固体计算域进行三维建模，实体如图7.2所示：图7.2 圆柱体三维实体图3、网格划分采用流动传热软件CFX的前处理模块ICEM对计算域进行网格划分，得到如图7.3所示的六面体网格单元。
流场的网格单元数为640，节点数为891。
图7.3 圆柱体网格图4、模拟计算及结果采用流动传热软件CFX稳态计算，定义圆柱体材料的热传导系数为30 W/(m•℃)，求解时选取Thermal Energy传热模型。
固体上壁面的边界条件设置为100℃的温度，侧面和下壁面边界条件为0℃的温度。
求解方法采用高精度求解，计算收敛残差为10-4。
图7.4为计算得到的圆柱体中心剖面的温度等值线分布图。
数据文件及结果文件在steady文件夹内。
图7.4 圆柱体中心剖面的温度等值线分布瞬态热分析数值模拟实例详解实例1——型材瞬态传热过程分析1、问题描述有一横截面为矩形的型材，如图7.5所示。
其初始温度为500℃，现突然将其置于温度为20℃的空气中，求1分钟后该型材的温度场分布及其中心温度随时间的变化规律（材料性能参数如表7.1所示）。
表7.1 材料性能参数密度ρkg/m3 导热系数W/(m•℃)比热J/(kg•℃)对流系数W/(m2•℃)2400 30 352 110图7.5 型材横截面示意图2、三维建模应用Pro-E软件对固体计算域进行三维建模，实体如图7.6所示：图7.6 型材三维实体图3、网格划分采用流动传热软件CFX的前处理模块ICEM对计算域进行网格划分，得到如图7.7所示的六面体网格单元。
- 17 -前言1.温度是中厚板轧制的重要工艺参数之一，绝大多数轧钢厂都用红外线测温仪对板料温度进行监测，但测温仪只能测表面温度。
目前可用于实测板料内部温度的方法是接触测量法，即在板料内部放置热电偶，其使用方法的复杂性限制了其使用范围。
采用数值模拟的方法研究板料温度场，能够快速简便的获取板料的内部温度。
理论分析2.温度场分析所采用的四类边界条件如下：第一类：条件，在边界上给定温度Dirichlet 值：T (x ,y ,z ,t ) = T (x ,y ,z ,t ) (1) T (x ,y ,z ,t )其中：—给定的边界上的温度， 这一温度可能随空间位置和时间的不同而变化。
第二类：在边界上给定热流强度：k x ∂T ∂x x +k y ∂T ∂y n y +k z ∂T ∂znz = q s (x ,y ,z ,t ) (2) 其中：n x 、n y 、n z —表示边界外法线的方向余qs (x ,y ,z ,t )弦；—是随空间位置和时间变化的边界上的热流密度。
第三类：在边界上给定对流条件：k x ∂T ∂x n x +k y ∂T ∂y y +k z ∂T ∂z n z = h s (T S －T∞) (3) 其中：T s —表面温度；T ∞—外界环境介质温hs 度；—表面与周围介质的对流换热系数。
第四类：在边界上给定辐射条件：k x ∂T ∂x n x +k y ∂T ∂y y +k z ∂T ∂zz =σε(T s 4 －T ∞4) (4) 其中：—常数；—表面 σStefan-Boltzman ε辐射系数。
板料在加热炉内经过高温加热。
由于板料在加热炉内加热的时间较长，可认为板料温度达到均匀，为℃左右。
轧制前，板料从加热炉中1215经过传送辊送往轧机，在传送过程中板料的温度要降低。
促使板料温度降低的因素有：板料表面向空间的辐射散热、高压除磷水喷射板料产生的强制换热、板料与周围空气之间的自由对流散热、板料与传送辊之间的传导散热。
短圆柱体的热传导过程问题：一短圆柱体,直径和高度均为1m,现在其上端面施加大小为100℃的均匀温度载荷,圆柱体下端面及侧面的温度均为0℃,试求圆柱体内部的温度场分布假设圆柱体不与外界发生热交换;圆柱体材料的热传导系数为30W/m·℃;求解：第一步：建立工作文件名和工作标题在ANSYS软件中建立相应的文件夹,并选择Thermal复选框;第二部：定义单元类型在单元类型element type中选择thermal solid和quad 4node 55,在单元类型选择数字element type reference number输入框中输入1,在单元类型选择框里选择Axisymmetric,其余默认即可;第三步：定义材料性能参数在材料性能参数对话框中输入圆柱体的导热系数30.第四步：创建几何模型、划分网格创建数据点,输入点坐标;在第一个输入框中输入关键点编号1,并输入第一个关键点坐标0、0、0,重复输入第二个、第三个、第四个关键点,相应的坐标分别为20.5,0,0；30.5,1,0；40,1,0;结果如下图1所示：在模型中创建直线,选择编号为1、2的关键点生成一条直线,在选取2、3生成一条直线,同样选择编号为3、4和编号为4、1的关键点生成另外两条直线;结果如下图2所示：之后在plot numbering controls对话框,分别打开KP Keypoint numbers、LINE line numbers、AREA Area numbers,建立直线L1、L2、L3、L4线段;生成几何模型,如下图所示：在L1、L3线段上划分20个单元,并将L2、L4划分成40个单元格,并在模型上选取编号为A1的平面,如下图所示：将结果进行保存;第五步：加载求解选择分析类型Steady-State,在Select Entities对话框,第一个下拉列表框中选择Lines,在第二个下拉列表中选择By Num,第三个单选框中选择From Full;选择线段L1、L2;重复上述操作,在Select Entities对话框,第一个下拉列表框中选择Nodes,在第二个下拉列表中选择Attached to,第三个单选框中选择Lines,all;并在Lab2 DOFs to be constrained 列表中选择TEMP,在VALUE Load TEMP value输入框中输入0;在Select Entities对话框,第一个下拉列表框中选择Lines,在第二个下拉列表中选择By Num,第三个单选框中选择From Full选择L3线段,重复上述操作,在Select Entities对话框,第一个下拉列表框中选择Nodes,在第二个下拉列表中选择Attached to,第三个单选框中选择Lines,all;并在Lab2 DOFs to be constrained 列表中选择TEMP,在VALUE Load TEMP value输入框中输入100;加载结果如下图所示：单击Solve Current Load Step对话框中点击OK,ANSYS开始求解;并将结果进行保存;第六步：输出温度场分布图在Item,Comp Item to be contoured列表中选择DOF solution Temperature TEMP,在KUNND Items to be plotted单选框中选择Def shape only,单击OK将显示温度场分布等值图,结果如下图所示：。
基于ANSYS有限元软件实现施工温控仿真的主要技术（1）研究方法和分析流程本次计算利用ANSYS软件来进行象鼻岭碾压混凝土拱坝全过程温控仿真计算分析。
具体分析流程如下：1）收集资料：包括工程气象水文资料、大坝体型、热力学参数、工程进度、施工措施、防洪度汛和蓄水等。
2）整理分析资料：参数拟合、分析建模方法。
3）建模：采用ANSYS软件进行建模，划分网格。
4）编写计算批处理程序：根据资料结合模型编写计算温度场的ANSYS批处理程序。
5）检查计算批处理程序：首先检查语句，然后导入计算模型检查所加荷载效果。
6）计算温度：使用ANSYS软件温度计算模块进行计算。
7）分析温度结果：主要分析各时刻的温度场分布和典型温度特征值。
8）应力计算建模：模型结构尺寸与温度分析模型相同，需要改变把温度分析材料参数改为应力分析材料参数。
9）计算应力：使用ANSYS软件温度应力计算模块和自编的二次开发软件进行计算。
10）分析应力结果：主要分析应力场分布和典型应力特征值。
11）编写报告：对计算流程和结果实施进行提炼总结，提出可行的温控指标和措施。
（2）前处理1）建模方法选择。
有限元建模一般有两种方法：一种为通过点线面几何拓扑的方法建模，这种建模方法精确，但是比较费时。
对于较大规模的建模任务花费时间太多。
另一种为通过其他软件导入，如CAD，通过在其他软件中建模，然后输出为ANSYS 可以识别的文件类型，再导入ANSYS中完成建模过程，这种建模方式精度较直接建模的精度要稍低一些，但是由于要求建模的模型已经在CAD软件中完成了初步建模，可以直接拿来稍作处理即可应用，时间花费较少。
本计算选用从CAD 软件导入ANSYS中来建立模型。
2）建模范围。
建模范围可以分为全坝段建模和单坝段建模，全坝段建模可以全面反映整个坝体的温度和应力情况，但是建模难度高、计算量大；单坝段建模建模难度小，计算量也相对较小，一般情况下单坝段建模即可满足要求。
3）施工模拟层厚。
Instruction of Ansys temperature field calculationQuestion 1：Consider an infinite （in one direction) plate with initial temperature T0。
One end of the plate is exposed to the environment of which the temperature is T e (III type boundary condition）. Analyze the temperature distribution in the plate during the period of 2000s。
问题1：考虑一个方向无限长的平板,初始温度为T0，一段暴露在温度为T e的环境中，分析其在2000s内温度分布情况。
Basic parameters基本物性参数Geometry几何:a=1 m, b=0.1 mMaterial材料:λ=54 W/m·o C，ρ=7800 kg/m3, c p=465 J/kg·o CLoads载荷:T0=0 o C, T e=1000 o C，h=50 W/m2·o CJobname and directory settings设置文件名、存储路径Menu ｜File ｜Change JobnameMenu ｜File | Change DirectoryPreprocessing前处理（1）Define Element Type定义单元类型Preprocessor ｜Element Type | Add/Edit/DeleteAdd: Thermal Mass ｜Solid ｜Quad 4node 55（2）Set Material Properties设置材料属性Preprocessor | Material Props | Material ModelsThermal: Conductivity：Isotropic KXX=54Thermal：Density=7800Thermal：Specific Heat=465Modeling建模(1）Create Node 1建立节点1Preprocessor | Modeling ｜Create | Nodes ｜In Active CSNo.：1，(x, y, z) = (0,0，0)（2) Create Node 12建立节点12Preprocessor ｜Modeling | Create | Nodes ｜In Active CSNo.: 2，(x，y, z）= （0，1,0)（3) Fill Between Node 1 and 12在节点1，12间填充其余节点Preprocessor ｜Modeling ｜Create | Nodes ｜Fill Between NdsNumber of nodes to fill：10Spacing ratio: 1（均匀网格）（4）Create Node 13～24 by copying复制生成节点13~24Preprocessor ｜Modeling ｜Copy | Nodes | CopyPick All选择所有节点Total number of copies: 2复制2份（包含原先的1份）X-offset：0。
基于ansys的冻结过程中温度场的有限元分析冻结过程是很常见的一种物理现象，它是指在经历一定的温度的作用下，液体变为固体的过程。
然而，这种过程的温度分布存在多种不确定性，它需要利用有限元分析来进行定量研究。
针对这种情况，本文将以《基于ansys的冻结过程中温度场的有限元分析》为标题，对冻结过程中温度场的有限元分析进行研究。
首先，对冻结过程进行简要介绍。
冻结过程是指物质在一定温度条件下，由液体变为固体的现象。
在这种情况下，物质的温度变化不一致，其分布有多种形式，并且受到物质的性质和其它外界因素，如温度、压强、热流等的影响。
因此，如何精确的表征这种温度场的变化，是研究冻结过程的一个重要环节。
其次，对有限元分析方法进行介绍。
有限元分析是一种基于数值技术计算物体力学性能的分析工具，它是基于有限元分析理论，以求解结构力学问题为主要目标。
其计算原理是将实际的结构模型用一系列的有限元来代表，以计算结构的变形和接触应力等特性。
有限元分析可以用来解决复杂材料温度场传播和弯曲分析等问题，是研究物理力学和热力学特性的一种有效方法。
此外，介绍使用有限元分析软件Ansys来研究冻结过程中温度场的步骤。
Ansys是一款功能强大、使用方便的有限元分析软件，具有仿真、精度高、多种物理特性和界面友好等优点，支持多种力学和热学分析，如静力学、弹性力学、多体动力学、渗流、熔融模拟等，可以实现数值模拟计算，从而解决复杂的热力学分析问题。
最后，利用Ansys软件对冻结过程中的温度场进行研究。
首先，建立冻结过程的温度场模型，其次，设置相应的材料性质，在接下来的分析步骤中，通过设置熵热模型和外加源分别得到温度场的时间变化和温度场的空间分布情况。
之后，利用Ansys软件在给定的温度条件下，经过相应的计算与验证，确定计算模型的准确性，最后得到温度场的时空分布情况。
综上所述，基于Ansys的有限元分析，可以有效的解决冻结过程中的温度场问题。
在深入的研究中，可以进一步挖掘Ansys软件的功能优势，以求解更多复杂的多物理场力学分析问题。
ANSYS CFD电机温度场仿真分析流程1前言电机是一种实现机电能量转换的电磁装置。
从19世纪末期起，电机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机。
电机在运行时将产生各种损耗，这些损耗转变成热量，使电机各部件发热，温度升高。
电机中的某些部件，特别是电机的绝缘，只能在一定的温度限值内才能可靠工作。
为维持电机的合理寿命，需要采取适当的措施将电机中的热量散发出去，使其在允许的温度限值内运行。
电机冷却的目的就是根据不同类型的电机选择一种合理的冷却方式，保证在额定运行状态下，电机各部分温度不超过国家标准允许的限值。
电机的冷却方式，主要是指对电机散热采用什么冷却介质和相应的流动途径。
改进电机的冷却技术，对提高电机的利用系数和效率及增加可靠性和寿命，特别对提高大型电机的单机容量，都具有重要的意义。
为了找到最佳的电机冷却方式，需要对电机在工作过程中的核心流动问题进行CFD仿真分析。
电机的CFD仿真分析的核心问题即是电机散热系统分析，涉及通风系统、通风部件、换热部件的设计优化问题以及电机核心部件的温升（起动时及额定工况）等问题。
2技术路线电机的稳态温度场仿真的分析流程如下图所示。
3实施过程以一个基于FLUENT的异步电机的稳态温度场分析为例进行说明。
3.1几何处理电机的温度场仿真既涉及到空气的流动，也涉及到热量在绕组和其他结构件之间的传递，属于流-固共轭换热的范畴，因此仿真计算域中既包含流体域，也包含固体域。
由于流体域和固体域两者是互补的关系，所以在抽取流体域之前，需要先对固体域做处理。
电机模型较为复杂，细节特征较多，而流场仿真分析对网格质量的要求较高，因此在保证计算精度的前提下，需要先对实际电机物理模型做一些合理的简化从而尽可能缩小计算的规模。
简化对象的选取是根据具体结构对温度场计算的影响程度来决定：如果局部的细节特征对温度场计算的影响和主要因素相比可以忽略不计，那么这些细节就可以去除；如果考察的对象是局部的细节特征，则需要建立局部细化模型，从而考虑具体的细节特征。
