文档介绍：ANSYS热分析指南(第四章)
第四章瞬态热分析
ANSYS/Multiphysics,ANSYS/Mechanical,ANSYS/FLOTRAN和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—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。
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 Element Reference》。要了解每个命令的详细功能,请参阅《mands Reference》。
瞬态热分析的过程为:
建模
施加荷载并求解
在后处理中查看结果
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。
建立一个模型首先应为分析指定jobname和title。如果是运行的是GUI,可以在Main Menu>Preferences中对菜单进行过滤。然后进入前处理器(PREP7)完成以下工作:
定义单元类型
定义需要的单元实常数
定义材料属性
建立几何实体
划分网格
《ANSYS Modeling and Meshing Guide》中对本部分有详细说明。
在瞬态分析中,施加荷载的第一步是定义分析类型,然后为分析建立初始条件。
在这一步中,可以如下指定分析类型:
GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>Transient
如果是一个新的分析,执行命令:ANTYPE,TRANSIENT,NEW
如果是重新启动以前的分析,比如,附加一个荷载。执行命令:ANTYPE,TRANSIENT,REST。(、)
瞬态热分析的初始条件来自于对应的一个稳态计算结果,或者直接为所有节点设定初始温度。
如果已知模型起始时的环境温度,可用下面的方法来设定所有节点的初始温度:
命令:TUNIF
GUI:Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Uniform Temp
如果不在对话框中输入数据,则默认为参考温度,参考温度的值默认为零,可以如下设定参考温度:
命令:TREF
GUI:Main Menu>Solution>-Loads->Settings>Reference Temp
注意:设定均匀的初始温度,与下面的设定节点温度(自由度)不同。
命令:D
GUI:Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->On Nodes
初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效;而设定节点温度将使节点温度在整个瞬态分析过程等于指定值,除非通过下列方法删除此约束:
命令:DDELE
GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>On Nodes
在瞬态热分析(不是稳态热分析)中,可以指定一个和一组初始温度不均匀的节点,方法如下:
命令:IC
GUI: Main Menu> Solution>Loads>Apply>-Initial Condit"n>Define
还可以对某些节点设定非均匀的初始温度,同时再设定其它节点的初始温度为均匀初始温度。要做到这点,只需要在为选择的节点定义不均匀温度之前,先定义均匀的温度就行了。
用以下命令可