有限元热分析(二)精要.ppt

第二部分:稳态热分析 稳态热传递 稳态热传递控制方程 热载荷和边界条件的类型 热载荷和边界条件注意事项 热分析样板 热分析样板 热分析样板 GUI 和 ANSYS 命令 稳态热传递例题 稳态热传递例题 稳态热传递例题 稳态热传递例题 第三部分:瞬态热分析 何为瞬态分析? 瞬态分析前处理考虑因素 瞬态分析前处理考虑因素(续) 控制方程 载荷步和子步 瞬态分析前处理考虑因素 谢谢! * * Thermal Analysis of Finite Element Method 有限元热分析(二) The Second Part: The Thermal Analysis of Steady State 如果热能流动不随时间变化的话，热传递就称为是稳态的。 由于热能流动不随时间变化，系统的温度和热载荷也都不随时间变化。 由热力学第一定律，稳态热平衡可以表示为: 输入的能量— 输出的能量 = 0 对于稳态热传递，表示热平衡的微分方程为: 相应的有限元平衡方程为: 在 ANSYS中，没有施加载荷的边界作为完全绝热处理。 对称边界条件的施加是使边界绝热得到的。 如果模型某一区域的温度已知，就可以固定为该数值。 响应热流率只在固定温度自由度时使用。 1. 建立模型 指定分析名称和工作文件名。 如果需要，记录单位制。 进入前处理器 定义单元类型，检查基本设置。 如果需要，定义实参。 定义材料特性。 生成或导入模型。 划分网格。 2. 求解器 定义分析类型，检查分析选项。 施加载荷和边界条件。 指定载荷步选项。 执行求解。 3. 查看结果 进入通用处理器和/或时序后处理器。 使用列表，绘图等查看结果。 查看误差估计。 验证求解。 ANSYS 是命令驱动程序。 ANSYS 命令可以手工输入，或用GUI(Graphical User Interface)输入或两种方法混用。 GUI提供了一种和ANSYS交流的简单的方法。 GUI根据用户操作自动生成ANSYS命令。 基本描述: 一个带有举行肋骨的长钢管从管中流动的热气体通过对流吸收能量。外表面暴露在大气中，热流从肋骨端部释放。 例题描述: 热气体的温度是600 °F。内部的对流热交换系数是0.40 BTU/hr-in2-°F。 外部大气温度是100 °F。外部的对流热交换系数为0.025 BTU/hr-in2-°F。 每个肋骨端部热流为 -20 BTU/in2 。 分析目标: 分析其中最小的循环部分，要求得到如下结果: 1) 温度场分布。 2) 肋骨上下端面的对流热耗散。 建模说明: 内部对流载荷使用 平面效果单元。 使用 “在线上施加对流”施加肋骨外表面上的对流载荷。 在肋骨短部施加热流。 假设钢管是非常长的，不考虑钢管端部的影响。 只对最小的循环部分建模。 绝热对称边界 绝热对称边界 肋骨端部的热流 对流面 对流面 简化成了最小的可重复2D几何模型。 The Second Part: The Thermal Analysis of Transient State 如果需要知道系统受随时间变化(或不变)的载荷和边界条件时的响应，就需要进行瞬态分析 。 热能存储效应在稳态分析中忽略，在此要考虑进去。时间，在稳态分析中只用于计数，现在有了确定的物理含义。 涉及到相变的分析总是瞬态分析。 除了导热系数、密度和 比热，材料特性应包含实体传递和存储热能的项目。可以定义 热焓 (在相变分析中需要输入)。 这些材料特性用于计算每个单元的热存储性质并叠加到比热矩阵 [C]中。如果模型中有热质量交换，这些特性用于确定热传导矩阵 [K]的修正项。 象稳态分析一样，瞬态分析也可以是线性或非线性的。如果是非线性的，前处理与稳态非线性分析有同样的要求。 稳态分析和瞬态分析对明显的区别在于加载和求解过程。 2.在瞬态分析中，载荷随时间变化. . . 1.回忆线性系统热分析的控制方程矩阵形式。热存储项的计入将静态系统转变为瞬态系统: 3.对于非线性瞬态分析，时间和温度: 在瞬态分析中，载荷步和子步的定义与非线性稳态分析十分类似。载荷定义的每个载荷步的终点，并可以随时间阶跃或渐进的施加。 每个载荷步的求解是在子步上得到。子步长根据时间积分步长得到。 初始条件: 必须对模型的每个温度自由度定义，使得时间积分过程得以开始。施加在有温度约束的节点上的初始条件被忽略。 设置初始温度有两种基本原因: 作为瞬态分析第一个载荷步的起始温度。 在非线性分析中估计随温度变化的材料特性的初始值。 如果没有指定初始温度，初始DOF数值为0。