ANSYS瞬態(tài)傳熱分析教程

瞬態(tài)傳熱分析的定義

瞬態(tài)熱分析用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)的隨時(shí)間變化的溫度場(chǎng)及其它熱參數(shù)。在工程上一般用瞬態(tài)熱分析計(jì)算溫度場(chǎng)，并將之作為熱載荷進(jìn)行應(yīng)力分析。

瞬態(tài)熱分析的基本步驟與穩(wěn)態(tài)熱分析類(lèi)似。主要的區(qū)別是瞬態(tài)熱分析中的載荷是隨時(shí)間變化的。為了表達(dá)隨時(shí)間變化的載荷，首先必須將載荷～時(shí)間曲線分為載荷步。載荷～時(shí)間曲線中的每一個(gè)拐點(diǎn)為一個(gè)載荷步，如下圖所示。

對(duì)于每一個(gè)載荷步，必須定義載荷值及時(shí)間值，同時(shí)必須選擇載荷步為漸變或階越。

瞬態(tài)熱分析中的單元及命令

瞬態(tài)熱分析中使用的單元與穩(wěn)態(tài)熱分析相同。要了解每個(gè)單元的詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參閱《ANSYS Element Reference Guide》

ANSYS 瞬態(tài)熱分析的主要步驟

建模

加載求解

后處理

建模

確定jobname、title、units, 進(jìn)入PREP7；

定義單元類(lèi)型并設(shè)置選項(xiàng)；

如果需要，定義單元實(shí)常數(shù)；

定義材料熱性能：一般瞬態(tài)熱分析要定義導(dǎo)熱系數(shù)、密度及比熱；

建立幾何模型；

對(duì)幾何模型劃分網(wǎng)格。

加載求解

1、定義分析類(lèi)型

如果第一次進(jìn)行分析，或重新進(jìn)行分析

GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>Transient

Command: ANTYPE,TRANSIENT,NEW

如果接著上次的分析繼續(xù)進(jìn)行（例如增加其它載荷）

GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>Restart

Command: ANTYPE,TRANSIENT,REST

2、獲得瞬態(tài)熱分析的初始條件

①、定義均勻溫度場(chǎng)

如果已知模型的起始溫度是均勻的，可設(shè)定所有節(jié)點(diǎn)初始溫度

Command:　TUNIF

GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Uniform Temp

如果不在對(duì)話框中輸入數(shù)據(jù)，則默認(rèn)為參考溫度，參考溫度的值默認(rèn)為零，但可通過(guò)如下方法設(shè)定參考溫度：

Command:　TREF

GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Reference Temp

注意：設(shè)定均勻的初始溫度，與如下的設(shè)定節(jié)點(diǎn)的溫度（自由度）不同

Command:　D

GUI: Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes

初始均勻溫度僅對(duì)分析的第一個(gè)子步有效；而設(shè)定節(jié)點(diǎn)溫度將保持貫穿整個(gè)瞬態(tài)分析過(guò)程，除非通過(guò)下列方法刪除此約束：

Command:　DDELE

GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>On Nodes

②、設(shè)定非均勻的初始溫度

在瞬態(tài)熱分析中，節(jié)點(diǎn)溫度可以設(shè)定為不同的值：

Command:　IC

GUI: Main Menu> Solution>Loads>Apply>-Initial Condit'n>Define

如果初始溫度場(chǎng)是不均勻的且又是未知的，就必須首先作穩(wěn)態(tài)熱分析確定初始條件：

設(shè)定載荷（如已知的溫度、熱對(duì)流等）

將時(shí)間積分設(shè)置為OFF：

Command:  TIMINT, OFF

GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time Integration

設(shè)定一個(gè)只有一個(gè)子步的，時(shí)間很小的載荷步（例如0.001）：

Command:  TIME

GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps

寫(xiě)入載荷步文件：

Command:　LSWRITE

GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>Write LS File

或先求解：

Command:　SOLVE

GUI: Main Menu> Solution>Solve>Current LS

注意：在第二載荷步中，要?jiǎng)h去所有設(shè)定的溫度，除非這些節(jié)點(diǎn)的溫度在瞬態(tài)分析與穩(wěn)態(tài)分析相同。

3、設(shè)定載荷步選項(xiàng)

①、普通選項(xiàng)

時(shí)間：本選項(xiàng)設(shè)定每一載荷步結(jié)束時(shí)的時(shí)間：

Command:  TIME

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps

每個(gè)載荷步的載荷子步數(shù)，或時(shí)間增量

對(duì)于非線性分析，每個(gè)載荷步需要多個(gè)載荷子步。時(shí)間步長(zhǎng)的大小關(guān)系到計(jì)算的精度。步長(zhǎng)越小，計(jì)算精度越高，同時(shí)計(jì)算的時(shí)間越長(zhǎng)。根據(jù)線性傳導(dǎo)熱傳遞，可以按如下公式估計(jì)初始時(shí)間步長(zhǎng)：

其中為沿?zé)崃鞣较驘崽荻茸畲筇幍膯卧�的長(zhǎng)度，為導(dǎo)溫系數(shù)，它等于導(dǎo)熱系數(shù)除以密度與比熱的乘積（)。

Command:  NSUBST or DELTIM

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps

如果載荷在這個(gè)載荷步是恒定的，需要設(shè)為階越選項(xiàng)；如果載荷值隨時(shí)間線性變化，則要設(shè)定為漸變選項(xiàng)：

Command:  KBC

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps

②、非線性選項(xiàng)

迭代次數(shù)：每個(gè)子步默認(rèn)的次數(shù)為25，這對(duì)大多數(shù)非線性熱分析已經(jīng)足夠。

Command:  NEQIT

GUI: Main Menu> Solution>-Load step opts>Nonlinear>Equilibrium Iter

自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)：本選項(xiàng)為ON時(shí)，在求解過(guò)程中將自動(dòng)調(diào)整時(shí)間步長(zhǎng)。

Command:  AUTOTS

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps

時(shí)間積分效果：如果將此選項(xiàng)設(shè)定為OFF，將進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析。

Command:  TIMINT

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time Integration

③、輸出選項(xiàng)

控制打印輸出：本選項(xiàng)可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到*.out 文件中

Command: OUTPR

GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Output Ctrls>Solu Printout

控制結(jié)果文件：控制*.rth的內(nèi)容

Command: OUTRES

GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Output Ctrls>DB/Results File

„、存盤(pán)求解

后處理

ANSYS提供兩種后處理方式：

POST1，可以對(duì)整個(gè)模型在某一載荷步（時(shí)間點(diǎn)）的結(jié)果進(jìn)行后處理；

Command: POST1

GUI: Main Menu>General Postproc.

POST26，可以對(duì)模型中特定點(diǎn)在所有載荷步（整個(gè)瞬態(tài)過(guò)程）的結(jié)果進(jìn)行后處理。

Command: POST26

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc

1、用POST1進(jìn)行后處理

進(jìn)入POST1后，可以讀出某一時(shí)間點(diǎn)的結(jié)果：

Command: SET

GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Time/Freq

　　如果設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)不在任何一個(gè)子步的時(shí)間點(diǎn)上，ANSYS會(huì)進(jìn)行線性插值。

此外還可以讀出某一載荷步的結(jié)果：

GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Load Step

　　然后就可以采用與穩(wěn)態(tài)熱分析類(lèi)似的方法，對(duì)結(jié)果進(jìn)行彩色云圖顯示、矢量圖顯示、打印列表等后處理。

2、用POST26進(jìn)行后處理

首先要定義變量：

Command: NSOL or ESOL or RFORCE

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Define Variables

然后就可以繪制這些變量隨時(shí)間變化的曲線：

Command: PLVAR

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Graph Variables

或列表輸出：

Command: PRVAR

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>List Variables

此外，POST26還提供許多其它功能，如對(duì)變量進(jìn)行數(shù)學(xué)操作等，請(qǐng)參閱《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》