稳态温度场与热应力分析算例.doc

稳态温度场问题与热应力分析 2014年3月5日星期三 1 前言 最近，本人需要做一个涉及热应力、疲劳分析的综合问题。之前对热应力分析没有接触，看了几天书后，根据前人的经验，动手做了一个简单的稳态温度场问题与热应力分析算例，小试牛刀一把，现拿出来晒晒，请高手过来拍砖指点。 2 问题描述 一块等厚的均质矩形薄板，如下图所示，其长20米，宽16米，厚1米。板顶面温度为22℃，底面温度为176.67 ℃，左、右面绝热，并且顶面、底面固定约束。板的材料是结构钢（系统默认），材料参数取系统默认，不做任何修改。 图1 问题描述 问题： 2.1 分析薄板内的温度分布； 2.2 分析薄板内的应力分布。 3 稳态温度场分布模拟 3.1 创建稳态温度场分析系统 进入ansys workbench后，在Project Schematic窗口中，单击右键，在弹出的菜单中，选择“New analysis systems-steady-state thermal(ANSYS)”，创建稳态温度场分析系统，见下图。 图2 创建稳态温度场分析系统 图3 创建好的稳态温度场分析系统 3.2创建薄板模型 在创建的稳态温度场分析系统中，材料采用默认的结构钢，材料参数不做任何修改。单击“Geometry”，进入MD系统，创建一个简单的等厚均质矩形薄板，几何尺寸见2问题描述。 创建好几何模型后，保存后退出。 图4 创建的薄板几何模型 3.3 创建稳态温度场模型 单击图3所示的系统中的“Model”，进入“Multiple Systems-Mechanical”系统中，单击“Steady-State Thermal”，在此处定义顶面、底面温度，定义左、右面为完全绝热状态。单击“Solution”，定义求取结果“Temperature”。单击右键，选择“solve”，进行分析。温度场分布云图见下图。 图5 温度场分布云图 4 热应力分析 稳态温度场分析完成后，退出“Multiple systems-Mechanical”系统，在下图中“steady-state thermal”的“solution”上，单击右键，在弹出的菜单中，选择“New analysis systems-static structural(ANSYS)”，创建热应力分析系统。 图6 创建热应力分析系统 单击上图中“static structural(ANSYS)”下的“model”，进入“multiple systems-mechanical”中，定义顶面、底面为固定约束，定义计算结果为“von mises stress”，进行计算，可得到如下应力分布云图、位移云图。 图7 薄板的热应力分布云图 图8 薄板的位移云图