ANSYS热应力分析实例Word格式文档下载.docx
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LINK68
SOLID79
SOLID45
MASS71
MASS21
PLANE75
PLANE25
PLANE77
PLANE82
PLANE78
PLANE83
PLANE87
PLANE92
PLANE90
PLANE95
SHELL157
重新进入前处理,将热单元转换为相应的结构单元,表7-1是热单元与结构
单元的对应表。
可以使用菜单进行转换:
MainMenu>
Preprocessor>
ElementType>
SwitchElementType,选择
ThermaltoStructual。
但要注意设定相应的单元选项。
例如热单元的轴对称不能自动转换到结构单元中,需要手工设置一下。
在命令流中,可将原热单元的编号重新定义为结构单元,并设置相应的单元选项。
设置结构分析中的材料属性(包括热膨胀系数)以及前处理细节,如节点耦合、约束方程等。
读入热分析中的节点温度,
GUI:
Solution>
LoadApply>
Temperature>
FromThermalAnalysis。
输入或
选择热分析的结果文件名*.rth。
如果热分析是瞬态的,则还需要输入热梯度最大时的时间点或载荷步。
节点温度是作为体载荷施加的,可通过Utility
Menu>
List>
Load>
BodyLoad>
Onallnodes列表输出。
设置参考温度,MainMenu>
Solution>
LoadSetting>
RefereneeTemp。
进行求解、后处理。
7.3间接法热应力分析实例
7.3.1问题描述
热流体在代有冷却栅的管道里流动,如图为其轴对称截面图。
管道及冷却栅
的材料均为不锈钢,导热系数为1.25Btu/hr-in-oF,弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。
管压力为1000Ib/in2,管流体温度为450oF,对流系数为1
Btu/hr-in2-oF,外界流体温度为70oF,对流系数为0.25Btu/hr-in2-oF。
求温度及应力分布。
7.3.2菜单操作过程
7.3.2.1设置分析标题
1、选择“UtilityMenu>
File>
ChangeTitle,输入Indirectthermal-stress
Analysisofacoolingfin。
2、选择“UtilityMenu>
ChangeFilename,输入PIPE_FIN。
7.322进入热分析,定义热单元和热材料属性
1、选择“MainMenu>
ElementType>
Add/Edit/Delete,选择PLANE55,设定单元选项为轴对称。
2、设定导热系数:
选择“MainMenu>
MaterialPorps>
MaterialModels”,点击Thermal,Conductivity,Isotropic,输入1.25。
7.323创建模型
1、创建八个关键点,选择“MainMenu>
Creat>
Keypoints>
OnActiveCS关键点的坐标如下:
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
X
12
Y
0.25
2、组成三个面:
选择“Main
Menu>
Area>
Arbitrary>
ThrouthKps,由1,2,5,8组成面1;
由2,3,4,5组成面2;
由8,5,6,7组成面3。
3、设定单元尺寸,并划分网格:
“MainMenu>
Meshtool,”设
定globalsize为0.125,选择AREA,Mapped,Mesh,点击Pickall。
7.324施加荷载
1、选择“UtilityMenu>
Select>
Entities>
Nodes>
Bylocation>
Xcoordinates,FromFull,输入5,点击OK,选择管壁节点;
2、在管壁节点上施加对流边界条件:
选择“Main
Solution>
Apply>
Convection>
Onnodes”,点击Pick,all,输入对流换热
系数1,流体环境温度450。
3、选择“UtilityMenu>
Xcoordinates,FromFull:
输入6,12,点击Apply;
4、选择“UtilityMenu>
Entities>
Bylocation>
Ycoordinates,Reselect”输入0.25,1,点击Apply;
5、选择“UtilityMenu>
Ycoordinates,Alsoselect,”俞入12,点击OK;
6、在管外边界上施加对流边界条件:
Onnodes”点击Pick,all,输入对流换热
系数0.25,流体环境温度70。
7.325求解
SelectEverything。
”
2、选择“MainMenu>
SolveCurrentLS。
”
7.326后处理
1、显示温度分布:
选择“MainMenu>
GeneralPostproc>
PlotResult>
NodalSolution>
Temperature”。
7.327重新进入前处理,改变单元,定义结构材料
1、选择“MainMenu>
SwitchElemType选择,ThermaltoStructure。
Add/Edit/Delete,点击Option,将结构单元设置为轴对称。
3、选择“MainMenu>
MaterialModels,输”入材料的EX为28E6,PRXY为0.3,ALPX为0.9E-5。
7.328定义对称边界条件
丫coordinates,FromFull:
输入0,点击Apply;
2、选择“UtilityMenu>
Seect>
丫coordinates,Alsoselect,”俞入1,点击Apply;
3、选择“MainMenu>
Displacement>
SymmetryB.C.OnNodes”,点击PickAll,选择丫axis,点击OK;
7.3.2.8施加管壁压力
输入5,点击OK;
Pressure>
Onnodes,'
点击PickAll,输入1000。
7.329设置参考温度
-Loads-Setting>
RefereneeTemp输入70。
7.3.2.10读入热分析结果
1、选择“MainMenu>
FromThermalAnalysis>
,‘选择PIPE_FIN.rth。
7.3.2.11求解
选择“MainMenu>
7.3.2.12后处理
GeneralPostpro>
Nodal
Stress>
VonMises。
”显示等效应力。
7.3.3等效的命令流方法
/filename,pipe_fin
/TITLE,Thermal-StressAnalysisofacoolingfin
/prep7!
进入前处理
et,1,plane55!
定义热单元
keyopt,1,3,1!
定义轴对称
mp,kxx,1,1.25!
定义导热系数
k,1,5!
建模
k,2,6
k,3,12
k,4,12,0.25
k,5,6,0.25
k,6,6,1
k,7,5,1
k,8,5,0.25
a,1,2,5,8
a,2,3,4,5
a,8,5,6,7
esize,0.125!
定义网格尺寸
amesh,all!
划分网格
eplot
finish
/solu!
热分析求解
nsel,s,loc,x,5!
选择表面节点
sf,all,conv,1,450!
施加对流边界条件nsel,s,loc,x,6,12!
选择外表面节点nsel,r,loc,y,0.25,1
nsel,a,loc,x,12
sf,all,conv,0.25,70!
施加对流边界条件
nsel,all
/pse,conv,hcoef,1
nplot
solve!
求解生成PIPE_FIN.rth文件
/post1
pinsol,temp!
得到温度场分布
/prep7!
重新进入前处理
etchg,tts!
将热单元转换为结构单元
plane42keyopt,1,3,1!
定义轴对称特性mp,ex,1,28e6!
定义弹性模量mp,nuxy,1,0.3!
定义泊松比mp,alpx,1,0.9e-5!
定义热膨胀系数finish
进入结构分析求解
nsel,s,loc,y,0!
选择对称边界
nsel,a,loc,y,1
dsym,symm,y!
定义对称条件
选择表面sf,all,pres,1000!
施加压力边界条件nsel,all
/pbc,all,1
/psf,pres,,1
tref,70!
设定参考温度
ldread,temp,,,,,,rth!
读入PIPE_FIN.rth节点温度
/pbc,all,0
/psf,pres,,0分布
/pbf,temp,,1
求解
/post1,plnsol,s,eqv!
得到等效应力
7.4直接法热应力分析实例
7.4.1问题描述
两个同心圆管之间有一个小间隙,管中突然流入一种热流体,求经过3分钟
后外管表面的温度。
已知条件:
管材弹性模量:
2E11N/m2
热膨胀系数:
5E-41/oF
泊松比:
0.3
导热系数:
10W/m.oC
密度:
7880Kg/m3
比热:
500J/Kg.oC
外管外半径:
0.131m
外管半径:
0.121m
管外半径:
0.12m
管半径:
0.11m
流体温度:
300oC
流体与管壁对流系数:
300W/m2.oC
、外管接触热导:
0.1W/oC
7.4.2命令流方法
/filename,contact_thermal
/title,contact_thermalexample
/prep7
et,1,13,4,,1!
选择直接耦合单元PLANE13,单元自由度为ux,uy,temp
!
定义为轴对称
et,2,48!
定义结构接触单元
keyopt,2,1,1!
设定接触单元的相应选项
keyopt,2,2,1
keyopt,2,7,1
r,2,2e11,0,0.0001,,,0.1!
定义接触单元实常数
mp,ex,1,2e11!
定义管材结构及热属性
mp,alpx,1,5e-5
mp,kxx,1,10
mp,dens,1,7880
mp,c,1,500
rect,0.11,0.12,0,0.02!
建模
rect,0.121,0.131,0,0.02
amesh,all
nsel,s,loc,x,0.11!
将管壁的X方向位移及温度耦合
cp,1,ux,all
cp,2,temp,all
nsel,s,loc,x,0.12!
将管外壁的X方向位移及温度耦合
cp,3,ux,all
cp,4,temp,all
nsel,s.loc,x,0.121!
将外管壁的X方向位移及温度耦合
cp,5,ux,all
cp,6,temp,all
nsel,s,loc,x,0.131!
将外管外壁的X方向位移及温度耦合
cp,7,ux,all
cp,8,temp,all
nsel,s,loc,y,0.02!
将管顶部节点的丫方向位移及温度耦合
nsel,r,loc,x,0,0.12
cp,9,uy,all
将外管顶部节点的丫方向位移及温度耦合
nsel,r,loc,x,0.121,0.131
cp,10,uy,all
创建接触单元
cm,cont,node
nsel,s,loc,x,0.121
cm,targ,node
type,2
real,2
gcgen,cont,targ,3
/solu
antype,trans!
瞬态分析
tunif,20!
初始平均温度
tref,20!
参考温度
sfl,4,conv,300,,300!
管壁对流边界
sfl,6,conv,10,,20!
外管外壁对流边界
约束所有底边单元的丫向位移
d,all,uy,0
time,180!
载荷步时间
deltime,10,5,15!
定义时间步长
outres,all,all
kbc,1
autots,on!
自动时间步长
allsel
显示温度分布
pinsol,s,eqv!
显示等效应力
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