08_ANSYSWorkbench_Mechanical_热分析.ppt

Workbench-Simulation Introduction ANSYS, Inc. Proprietary Training Manual 热分析 6-* Workbench - Mechanical Introduction 热分析 6-* Training Manual Workbench-Simulation Introduction 11.0 Workbench 11.0 ANSYS, Inc. Proprietary 第六章热分析 概念 本章练习稳态热分析的模拟，包括： 几何模型 组件-实体接触 热载荷 求解选项 结果和后处理 作业 6.1 本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了 ANSYS Structural 提示：在 ANSYS 热分析 的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析 稳态热传导基础 对于一个稳态热分析的模拟，温度矩阵{T}通过下面的矩阵方程解得： 假设： 在稳态分析中不考虑瞬态影响 [K] 可以是一个常量或是温度的函数 {Q}可以是一个常量或是温度的函数 稳态热传导基础 上述方程基于傅里叶定律： 固体内部的热流（Fourier’s Law） 是 [K]的基础； 热通量、热流率、以及对流 在{Q} 为边界条件； 对流被处理成边界条件，虽然对流换热系数可能与温度相关 在模拟时，记住这些假设对热分析是很重要的。 A. 几何模型 热分析里所有实体类都被约束： 体、面、线 线实体的截面和轴向在 DesignModeler中定义 热分析里不可以使用点质量（Point Mass）的特性 壳体和线体假设： 壳体：没有厚度方向上的温度梯度 线体：没有厚度变化，假设在截面上是一个常量温度 但在线实体的轴向仍有温度变化 … 材料特性 Thermal Conductivity 在Engineering Data 中输入 温度相关的导热性以表格形式输入 若存在任何的温度相关的材料特性，就将导致非线性求解。 唯一需要的材料特性是导热性（Thermal Conductivity） B. 组件-实体接触 对于结构分析，接触域是自动生成的，用于激活各部件间的热传导 … 组件-接触区域 如果部件间初始就已经接触，那么就会出现热传导。 如果部件间初始就没有接触，那么就不会发生热传导（见下面对pinball的解释）。 总结： Pinball区域决定了什么时候发生接触，并且是自动定义的，同时还给了一个相对较小的值来适应模型里的小间距。 … 组件-接触区域 如果接触是Bonded（绑定的）或no separation（无分离的），那么当面出现在pinball radius内时就会发生热传导（绿色实线表示）。 Pinball Radius 右图中，两部件间的间距大于pinball区域，因此在这两个部件间会发生热传导。 … 组件-导热率 默认情况下，假设部件间是完美的热接触传导， 意味着界面上不会发生温度降 实际情况下，有些条件削弱了完美的热接触传导： 表面光滑度 表面粗糙度 氧化物 包埋液 接触压力 表面温度 使用导电脂 . . . . 接着…… DT T x … 组件-导热率 穿过接触界面的热流速，由接触热通量q决定： 式中Tcontact 是一个接触节点上的温度， Ttarget 是对应目标节点上的温度 默认情况下，基于模型中定义的最大材料导热性KXX和整个几何边界框的对角线ASMDIAG， TCC 被赋以一个相对较大的值。 这实质上为部件间提供了一个完美接触传导 … 组件-导热率 在ANSYS Professional 或更高版本，用户可以为纯罚函数和增广拉格朗日方程定义一个有限热接触传导（TCC）。 在细节窗口，为每个接触域指定TCC输入值 如果已知接触热阻，那么它的相反数除以接触面积就可得到TCC值 在接触界面上，可以像接触热阻一样输入接触热传导 … 组件-点焊 Spotweld（点焊）提供了离散的热传导点： Spotweld在CAD软件中进行定义（目前只有DesignModeler和Unigraphics可用） 。 T1 T2 C. 热载荷 热流量： 热流速可以施加在点、边或面上。它分布在多个选择域上。 它的单位是能量比上时间（ energy/time） 完全绝热（热流量为0）： 可以删除原来面上施加的边界条件 热通量： 热通量只能施加在面上（二维情况时只能施加在边上） 它的单位是能量比上时间在除以面积（ energy/time/area） 热生成： 内部热生成只能施加在实体上 它的单位是能量比上时间在除以体积（energy/time/volume） 正的热载荷会增加系统的能量。 … 热