ANSYS稳态和瞬态分析步骤简述.docx
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ANSYS稳态和瞬态分析步骤简述
ANSYS稳态和瞬态热模拟基本步骤
基于ANSYS9.0
一、稳态分析
从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上,热分析包括稳态和瞬态
热分析。
其中,稳态指的是系统的温度场不随时间变化,系统的净热流率为
0,即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量:
(3-=0?
qqq?
流入生成流出1)在稳态分析中,任一节点的温度不随时间变化。
(为简单起见,按照软件的菜单逐级介绍)基本步骤:
、选择分析类型1
。
1点击Preferences菜单,出现对话框
对话框1
我们主要针对的是热分析的模拟,所以选择Thermal。
这样做的目的是为了
使后面的菜单中只有热分析相关的选项。
2、定义单元类型
GUI:
Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete出现对话框2
对话框2
点击Add,出现对话框3
对话框3
在ANSYS中能够用来热分析的单元大约有40种,根据所建立的模型选择
合适的热分析单元。
对于三维模型,多选择SLOID87:
六节点四面体单元。
3、选择温度单位
默认一般都是国际单位制,温度为开尔文(K)。
如要改为℃,如下操作
GUI:
Preprocessor>MaterialProps>TemperatureUnits
选择需要的温度单位。
4、定义材料属性
对于稳态分析,一般只需要定义导热系数,他可以是恒定的,也可以随温
度
变化。
GUI:
Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels出现对话框4
对话框4
一般热分析,材料的热导率都是各向同性的,热导率设定如对话框5.
对话框5
若要设定材料的热导率随温度变化,主要针对半导体材料。
则需要点击对
话框5中的AddTemperature选项,设置不同温度点对应的热导率,当然温度点
越多,模拟结果越准确。
设置完毕后,可以点击Graph按钮,软件会生成热导
率随温度变化的曲线。
对话框5中,Material菜单,NewModel选项,添加多种材料的热参数。
5、创建几何模型
GUI:
Preprocessor>Modeling>Create
根据热模型,创建几何模型。
对于复杂的几何模型,可能要用到加、减、并、交等布尔运算,可参考相
关
资料。
其中很重要而容易被忽视的一个操作就是粘结(Glue),用于不同图元之
间,只在公共边界处相关的搭接,以保证热量在不同结构层间的传递。
GUI:
Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans>Glue
建模过程中同样可以对图元进行复制、移动、删除等命令。
其中需要注意的是删除一个面或者体的时候,为了使删除的彻底要用
Preprocessor>Modeling>Delete>VolumeandBelow这条命令,否则只能删除掉
体,删除不了组成体的面以及线。
6、分配材料属性以及网格划分
之所以把这两个步骤放到一起,是因为ANSYS提供了一个方便的网格划
分
工具条可以快捷的完成这两步操作。
GUI:
Preprocessor>Meshing>MeshTool调出工具条对话框6
(1)、分配材料属性
在前面的第4步中,我们定义了材料的属性,但是并
没有分配给模型中的各层材料。
在对话框6中,在单元属
性的下拉列表框中选择Volumes,然后点击Set,出现选
择体的对话框7。
对话框7
移动鼠标选择要赋予属性的体,点击对话框中的OK
按钮,出现赋予材料属性的对话框8。
在对话框8中的
Materialnumber项后选择与所选材料对应的材料序号。
同
对话框6样的方法,将所有定义好的材料属性赋予模型中对应的各
层材料。
对话框8
(2)划分网格
网格有两种划分方式:
自由网格划分和映射网格划分。
自由网格划分对实体没有特殊的要求;自由体网格一般为四面体单元,这
也就限制了第2步操作中的单元类型的选择;无法控制内部节点。
映射网格划分要求面或体是规则的形状;体网格只包含六面体单元;可以
很好的控制内部节点的位置。
对于初学者,大都采用自由网格划分,映射网格可能需要更多的经验。
在
网格划分工具条Mesh后的下拉列表选择要划分的几何类型;shape项选择
Tet(四面体)或者Hex(六面体);选择Free(自由网格);然后点击Mesh,即开
始网格划分。
7、设定分析类型
菜单命令:
Solution>AnalysisType>NewAnalysis,选择Steady-state。
8、设置初始条件以及载荷
执行菜单命令:
Solution>DefineLoads>Apply>Thermal,下一级菜单中就包
含了热分析相关的温度、热流密度、对流换热系数、生热率、辐射率等参数的
设置。
其中,对流换热系数的设置对话框9。
在coefficient项填写对流换
热系数,在Bulktemperature项填
写流体(空气或者水)的温度。
对话框9
9、稳态求解
GUI:
Solution>CurrentLS
10、后处理
(1)、查看温度分布图。
GUI:
GeneralPostprocess>PlotResults>NodalSolu,选择DOFSolution对应
的TemperatureTEMP,得到温度场分布图。
非均匀温度分布图:
有些情况下,需要将某一温度范围(如350~380K)内
的温度值细化,以使温度分布图中的这一温度范围的颜色层次更明显。
这时候
需要进行非均匀温度设置。
方法是点击ANSYS上方菜单中的PlotCtros选项,
下拉列表中选择Style,接着依次选择Contours>Non-UniformContours,出现对
话框10,在对话框10中将350~380的数值细化后填入对话框,点击Replot。
对话框10
(2)、查看保存节点数据。
GUI:
GeneralPostprocess>ListResults>SortedListing>SortNodes,出现对话
框11。
对话框11
在对话框11中的Listsortednodesfor后的下拉列表中选择
Results/Coords。
将出现两个数据文件,一是节点温度数据,一是节点坐标
数据。
将这两个文件保存,以便进一步分析。
瞬态热分析二、
温度场随时间发生变化的传热过程称为非稳态传热。
实际生产生活中,绝
大部分的传热过程都是非稳态传热,稳态传热只是一个近似的假定。
对于非周
期性传热过程,物体的温度不断升高和降低,并在经历相当长的时间后逐渐趋
,这类传热过程即为瞬态传热。
于平衡(不再改变)
瞬态传热的分析步骤和稳态大体相似,下面在稳态分析的基础上将瞬态分
析需要在那几个步骤上做一些额外的设置简单介绍下。
步:
定义材料属性,对于瞬态分析必须要定义41、对应稳态分析的第
材料的密度和比热容。
步:
设定分析类型72、对应稳态分析的第
,瞬态分析选择Type>NewAnalysis菜单命令:
Solution>Analysis
。
Transient
步,设置初始条件以及载荷。
8较多的不同主要体现在第3、
首先,瞬态分析过程,一般都要给予一个初始状态,对于热分析通常
是要给整个模型施加一个初始温度场,设置命令为:
,在出现的对话框中填TempSolution>DefineLoads>Settings>Uniform
。
300K写初始温度,如
其次,施加载荷的不同,瞬态分析的载荷都是与时间相关的。
下面以
施加随时间变化的生热率为例介绍瞬态载荷的施加过程。
Generate>OnLoads>Apply>Thermal>Heat:
GUISolution>Define
12.然后选择要施加载荷的体,出现施加生热率的对话框olumes,V.
对话框12
在对话框12中,ApplyHGENonvolume后的下拉菜单中选择Newtable,接
着在弹出的对话框中输入新建表格的名称,将出现表格设置对话框13。
在对话框13中,I,J,K分别代表数值的维数,I为行,J为列。
K一般用不
着,设为0。
取I=4、J=1、K=0,I变量命名为TIME,J变量命名为HGEN,点
击OK,出现新建的列表14。
表14实际是5行2列,其中第0列是时间值,
第0行是载荷编号。
表中设置为0-1秒时间内生热率数值为1000,1-2秒生热率
数值为0,因为要求第0列和第0行数据都是递增的,所以第四行中的时间值
填写的是1.000…1。
设置完毕后,File>Apply/Quit。
对话框13
列表14
4、瞬态分析要比稳态分析多一些必须的设置。
菜单命令为:
Solution>LoadStepOpts
在下一级菜单OutputCtrls>DB/ResultsFile中,选择将Every
substep
的结果都记录下来,以便分析每一时间载荷步的数据结果。
下一级菜单Time/Frequence>Time-TimeStep对话框15中,Timeat
endofloadstep后填写施加载荷的时间长度。
Timestepsize中选择时间步长,
例如把2秒的时间分成10等份,时间步长就是0.2秒。
时间步长越小,载荷步
越多,计算精度越高,同时所需的时间也越长。
如果载荷在载荷步中是恒定的,
就设为阶跃载荷(Stepped),如果载荷随时间线性变化就设为渐进载荷
(Ramped)。
自动时间步长根据需要选择打开或者关闭,其中最小时间步长应
小于前面设置的时间步长。
瞬态分析中,必须打开时间积分效果,菜单Time/Frequence>Time
Integration>AmplitudeDecay,在出现的对话框中ON前面打对钩。
对话框15
5、后处理的不同,对于瞬态分析,需要用POST1和POST26两种方
式
进行结果处理。
其中POST1用于对整个模型在某一载荷步(时间点)的结
果进行后处理,POST26用于对模型中特定点在所有载荷步(整个瞬态传
热过程)的结果进行后处理。
查看不同时间点的结果,命令为:
GeneralPostprocess>Read
Results>ByTime/Freq,在出现的对话框中填写想要查看的时间点,点击
OK。
查看特定点的结果,需要POST26处理器。
下面以查看峰值温度点在
整个瞬态加热过程中的变化为例来说明。
选择TimeHistPostpro,进入POST26后处理器,对话框16。
在对话框
16中,点击左上角按钮,出现对话框17,在对话框17中选择温度,然
后命名变量名为“结温”。
选择OK后,出现选择节点对话框,在对话框中
填写结温所在节点的节点序号(这个需要在温度分布数据中查看最高温度
对应的节点号)。
然后点击这个按钮,就出现了结温在整个加热过程中
的变化曲线了。
Listdata按钮可以列出结温随时间的变化数据,并保存。
对话框16
对话框17
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