Ansys瞬態(tài)熱分析步驟

2017-03-03 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

瞬態(tài)熱分析用于計(jì)算一個(gè)系統(tǒng)的隨時(shí)間變化的溫度及其它熱參數(shù)。在工程上一般用瞬態(tài)熱分析計(jì)算溫度場(chǎng),并將之作為熱載荷進(jìn)行應(yīng)力分析。

瞬態(tài)熱分析的基本步驟與穩(wěn)態(tài)熱分析類(lèi)似,瞬態(tài)熱分析中使用的單元與穩(wěn)態(tài)熱分析相同,主要的區(qū)別是瞬態(tài)分析中的載荷是隨時(shí)間變化的。為了表達(dá)隨時(shí)間變化的載荷,首先必須將載荷-時(shí)間曲線分為載荷步。載荷-時(shí)間曲線中的每一個(gè)拐點(diǎn)為一個(gè)載荷步。對(duì)于每一個(gè)載荷步,必須定義載荷值及時(shí)間值,同時(shí)必須選擇載荷步為漸變或階躍。

ANSYS瞬態(tài)熱分析的主要步驟為1.建模;2.加載求解;3.后處理。

獲得瞬態(tài)熱分析的初始條件

1)定義均勻的溫度場(chǎng)(Uniform Temperature);如果不在對(duì)話框中輸入數(shù)據(jù)則默認(rèn)為參考溫度,參考溫度的默認(rèn)值認(rèn)為零,但可通過(guò)如下方法設(shè)定參考溫度(Reference Temperature)。初始均勻溫度僅對(duì)分析的第一個(gè)子步有效,而設(shè)定節(jié)點(diǎn)溫度將保持貫穿整個(gè)瞬態(tài)分析過(guò)程,除非通過(guò)下列方法刪除此約束。

2)設(shè)定非均勻的初始溫度,瞬態(tài)熱分析中,節(jié)點(diǎn)溫度可以設(shè)定為不同的值(Solution> Loads>Aplly>Initial Condir’n>Define)。

如果初始溫度場(chǎng)是不均勻的且又是未知的,就必須首先作穩(wěn)態(tài)熱分析確定初始條件:

l 設(shè)定載荷(已知的溫度、熱對(duì)流等)

l 將時(shí)間積分設(shè)置為OFF(Load Step Opts-Time/Frequenc>Time Integration)

l 設(shè)定一個(gè)只有一個(gè)子步的,時(shí)間很小的載荷步(Load Step Opts>Time/Frequenc>Time and Substps)

l 寫(xiě)入載荷文件(Load>Write LS File)或先求解(Solution >Solve>Current LS)

(3)設(shè)定載荷步選項(xiàng)

1)普通選項(xiàng)

時(shí)間:本選項(xiàng)設(shè)定每一載荷步結(jié)束時(shí)的時(shí)間(Load Step Opts>Time/ Frequenc>Time and Substps)

每個(gè)載荷步的載荷子步數(shù),或時(shí)間增量;對(duì)于非線性分析,每個(gè)載荷步需要多個(gè)載荷子步。根據(jù)線性傳導(dǎo)熱傳遞,可以按如下公式估計(jì)初始時(shí)間步長(zhǎng):ITS=δ2/4α。其中,δ為熱流方向熱梯度最大處的單元的長(zhǎng)度;α為導(dǎo)溫系數(shù),它等于導(dǎo)熱系數(shù)除以密度與比熱的乘積(α=k/ρc)(Load Step Opts>Time/ Frequenc>Time and Substps)

2) 非線性選項(xiàng)

迭代次數(shù):每個(gè)子步默認(rèn)的次數(shù)為25,這對(duì)大多數(shù)非線性熱分析已經(jīng)足夠了。(Load Step Opts-Nolinear>Equilibrium Iter)

自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng):本選項(xiàng)為ON時(shí),在求解過(guò)程中將自動(dòng)調(diào)整時(shí)間步長(zhǎng)。(Load Step Opts >Time/ Frequenc>Time and Substps)

時(shí)間積分積累:如果將此選項(xiàng)設(shè)定為OFF,進(jìn)行穩(wěn)態(tài)熱分析。(Load Step Opts>Time/ Frequenc>Time Integration)

3) 輸出選項(xiàng)

控制打印輸出:本選項(xiàng)可將任何結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到*.out文件中。

(Load Step Opts-Output Ctrls>Solu Printout)

控制結(jié)果文件:控制*.rth內(nèi)容。

(Load Step Opts-Output Ctrls>DB/Results File)

3.后處理(Ansys提供兩種后處理方式)

POST1(General Postproc)

POST26(TimeHist Postproc)

(1)用POST1進(jìn)行后處理

1)進(jìn)入POST1后,可以讀出某一時(shí)間的結(jié)果(General>Read Results>By Time/Freq)。如果設(shè)定的時(shí)間點(diǎn)不在任何一個(gè)子步的時(shí)間點(diǎn)上,ANSYS會(huì)進(jìn)行線性插值。

2)此外還可以讀出某一載荷的結(jié)果(General>Read Results>By Load Step)然后就可以采用與穩(wěn)態(tài)熱分析類(lèi)似的方法,對(duì)結(jié)果進(jìn)行彩色云圖顯示、矢量圖顯示、打印列表等后處理。

(2)用POST26進(jìn)行后處理

1)首先要定義變量(TimeHist Postproc>Define Variables)

2)然后就可以繪制這些變量隨時(shí)間變化的曲線了(TimeHist Postproc>Graph Variables)或列表輸出(TimeHist Postproc>List Variables)

ANSYS熱分析最強(qiáng)大的功能之一就是可以分析相變問(wèn)題,例如凝固或熔化等,含有相變問(wèn)題的熱分析是一個(gè)非線性的瞬態(tài)的問(wèn)題:

(1) 相變問(wèn)題需要考慮熔融潛熱,即在相變過(guò)程吸收或釋放的熱量。ANSYS通過(guò)定義材料隨溫度的焓來(lái)考慮熔融潛熱。

(2) 求解相變問(wèn)題,應(yīng)當(dāng)設(shè)定足夠小的時(shí)間步長(zhǎng),并將自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為ON

(3) 選用低階的熱單元,例如PLANE55或SOLID70。如果必須選用高階單元,請(qǐng)將單元選項(xiàng)KEYOPT(1)設(shè)置為1:(Preprocess>Element Type>Add/Edit/Delete >Options>Specific heat matrix>Diagonalized)

(4) 在設(shè)定瞬態(tài)積分參數(shù)時(shí),請(qǐng)將THETA值設(shè)置為1(默認(rèn)為0.5)(Solution>Load and Step Opts>Time/Frequenc>Time intergration>THETA)

(5) 線性搜索將有助于加速相變問(wèn)題的求解(Solution>Load and Step Opts> Nonlinear>Line Search)

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