ANSYS瞬态热分析
ANSYS稳态和瞬态分析步调简述
ANSYS 稳态和瞬态热模拟基本步骤基于ANSYS 9.0一、稳态分析从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上，热分析包括稳态和瞬态热分析。
其中，稳态指的是系统的温度场不随时间变化，系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：=0q q q+-流入生成流出在稳态分析中，任一节点的温度不随时间变化。
基本步骤：（为简单起见，按照软件的菜单逐级介绍）1、选择分析类型点击Preferences 菜单，出现对话框1。
对话框1我们主要针对的是热分析的模拟，所以选择Thermal 。
这样做的目的是为了使后面的菜单中只有热分析相关的选项。
2、定义单元类型GUI ：Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 出现对话框2对话框2（3-1）点击Add,出现对话框3对话框3在ANSYS中能够用来热分析的单元大约有40种，根据所建立的模型选择合适的热分析单元。
对于三维模型，多选择SLOID87：六节点四面体单元。
3、选择温度单位默认一般都是国际单位制，温度为开尔文（K）。
如要改为℃，如下操作GUI：Preprocessor>Material Props>Temperature Units选择需要的温度单位。
4、定义材料属性对于稳态分析，一般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可以随温度变化。
GUI: Preprocessor>Material Props> Material Models 出现对话框4对话框4一般热分析，材料的热导率都是各向同性的，热导率设定如对话框5.对话框5若要设定材料的热导率随温度变化，主要针对半导体材料。
则需要点击对话框5中的Add Temperature选项，设置不同温度点对应的热导率，当然温度点越多，模拟结果越准确。
设置完毕后，可以点击Graph按钮，软件会生成热导率随温度变化的曲线。
ansys瞬态热分析教程及实例
大家好
QUST
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自动时间步长选项 命令：AUTOTS GUI：Main Menu > Solution > Analysis Type
> Sol'n Controls 打开后求解过程中将自动调整时间步长。
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时间积分选项 命令：TIMINT GUI：Main Menu > Solution > Load Step
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5. 瞬态传热分析
均匀初始温度：如果整个模
型的初始温度为均匀且非0
2
，使用下列菜单指定:
3 4 1
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1
2 3
5. 瞬态传热分析
非均匀的初始温度
如果模型的初始温度分布
已知但不均匀，使用这些
菜单将初始条件施加在特
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定节点上
5
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5. 瞬态传热分析
ANSYS 瞬态传热分析的主要步骤 1.建立有限元模型 2.施加载荷并求解 3.求解 4.查看分析结果
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5. 瞬态传热分析
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。
自动时间步 (ATS) 同样适用于瞬态分析，可以简化 ITS选择。 ITS选择将影响到瞬态分析的精度和非线性收敛性 (如果存在)。
Restart
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10条件分为两种情况：其一， 初始温度场已知；其二，初始温度场未知。
Ansys热分析教程_瞬态分析
载荷步和子步
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变的施加。 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。 自动时间步 (ATS) 同样适用于瞬态分析， 可以简化ITS选择。
ITS选择将影响到瞬态分析的精度和非线性收敛性 (如果存在)。
K T Q
n 1
K
Equivalent conductivity matrix
Q
Equivalent heat flow vector
If nonlinearities are present, the incremental form of this equation is iterated upon at every time point.
* MASS71热质量单元比较
特殊，它能够存贮热能单不 能传导热能。因此，本单元 不需要热传导系数。
瞬态分析前处理考虑因素(续)
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。
在瞬态热分析数值方法的一个简单介绍以后，我们将集中解释 这些过程。
积分。
ANTYPE,TRANS + TIMINT,OFF ANTYPE,STATIC ANTYPE,STATIC + TIMINT,ON ANTYPE,TRANS
另外的时间积分例子
在本例中，不是在分析的开始关闭时间积分 效果来建立初始条件，而是在分析的结束关 闭时间积分来“加速”瞬态。
注意改变到稳态边界时 的突变。最后一个载荷 步的终止时间可以是任 意的,但必须比前面的瞬 态载荷步时间数值要大 。
ANSYS稳态和瞬态分析步骤简述
+ qANSYS 稳态和瞬态热模拟基本步骤基于 ANSYS 9.0一、 稳态分析从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上，热分析包括稳态和瞬态 热分析。
其中，稳态指的是系统的温度场不随时间变化，系统的净热流率为 0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：q 流入生成流出 - q =0在稳态分析中，任一节点的温度不随时间变化。
基本步骤：（为简单起见，按照软件的菜单逐级介绍） 1、选择分析类型点击 Preferences 菜单，出现对话框 1。
（3- 1）对话框 1我们主要针对的是热分析的模拟，所以选择 Thermal 。
这样做的目的是为了 使后面的菜单中只有热分析相关的选项。
2、定义单元类型GUI ：Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete 出现对话框 2对话框 2点击Add,出现对话框3对话框3在ANSYS中能够用来热分析的单元大约有40种，根据所建立的模型选择合适的热分析单元。
对于三维模型，多选择SLOID87：六节点四面体单元。
3、选择温度单位默认一般都是国际单位制，温度为开尔文（K）。
如要改为℃，如下操作GUI：Preprocessor>Material Props>Temperature Units选择需要的温度单位。
4、定义材料属性对于稳态分析，一般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可以随温度变化。
GUI:Preprocessor>Material Props>Material Models出现对话框4对话框4一般热分析，材料的热导率都是各向同性的，热导率设定如对话框5.对话框5若要设定材料的热导率随温度变化，主要针对半导体材料。
则需要点击对话框5中的Add Temperature选项，设置不同温度点对应的热导率，当然温度点越多，模拟结果越准确。
设置完毕后，可以点击Graph按钮，软件会生成热导率随温度变化的曲线。
ANSYS稳态和瞬态分析步骤简述..
ANSYS稳态和瞬态热模拟基本步骤基于ANSYS 9。
0一、稳态分析从温度场是否是时间的函数即是否随时间变化上，热分析包括稳态和瞬态热分析。
其中，稳态指的是系统的温度场不随时间变化，系统的净热流率为0，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：（3-1）=0+-q q q流入生成流出在稳态分析中，任一节点的温度不随时间变化.基本步骤:（为简单起见，按照软件的菜单逐级介绍）1、选择分析类型点击Preferences菜单,出现对话框1。
对话框1我们主要针对的是热分析的模拟，所以选择Thermal.这样做的目的是为了使后面的菜单中只有热分析相关的选项.2、定义单元类型GUI：Preprocessor>Element Type〉Add/Edit/Delete 出现对话框2对话框2点击Add，出现对话框3对话框3在ANSYS中能够用来热分析的单元大约有40种，根据所建立的模型选择合适的热分析单元。
对于三维模型，多选择SLOID87:六节点四面体单元。
3、选择温度单位默认一般都是国际单位制，温度为开尔文(K）.如要改为℃，如下操作GUI：Preprocessor>Material Props>Temperature Units选择需要的温度单位。
4、定义材料属性对于稳态分析,一般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可以随温度变化。
GUI: Preprocessor〉Material Props> Material Models 出现对话框4对话框4一般热分析，材料的热导率都是各向同性的，热导率设定如对话框5.对话框5若要设定材料的热导率随温度变化,主要针对半导体材料。
则需要点击对话框5中的Add Temperature选项，设置不同温度点对应的热导率，当然温度点越多，模拟结果越准确.设置完毕后,可以点击Graph按钮,软件会生成热导率随温度变化的曲线。
对话框5中，Material菜单，New Model选项，添加多种材料的热参数。
ansys_热分析_瞬态_稳态
Guidelines
目录 （续）
第三章 稳态传热分析 一、稳态传热的定义 二、热分析的单元 三、ANSYS稳态热分析的基本过程 练习 第四章 瞬态传热分析 一、瞬态传热分析的定义 二、瞬态热分析的单元及命令 三、ANSYS瞬态热分析的主要步骤
1、建模 2、加载求解 3、后处理
四、相变问题 练习
Guidelines
系数； [C]为比热矩阵,考虑系统内能的增加; {T}为节点温度向量； { }为温度对时间的导数;
{TQ}为节点热流率向量，包含热生成。
Guidelines
第六讲、线性与非线性
如果有下列情况产生，则为非线性热分析： ①、材料热性能随温度变化，如K(T),C(T)等； ②、边界条件随温度变化，如h(T)等； ③、含有非线性单元； ④、考虑辐射传热 非线性热分析的热平衡矩阵方程为：
第三讲、热传递的方式
Definition
3、热辐射
热辐射指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变为热的热 量交换过程。物体温度越高，单位时间辐射的热量越多。 热传导和热对流都需要有传热介质，而热辐射无须任何 介质。实质上，在真空中的热辐射效率最高。
在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系统中 每个物体同时辐射并吸收热量。它们之间的净热量传递 可以用斯蒂芬 —波尔兹曼方程来计算： q=εσA1F12(T14T24)，式中q为热流率， ε为辐射率（黑度）， σ为斯蒂芬 －波尔兹曼常数，约为5.67×10-8W/m2.K4，A1为辐射面1 的面积，F12为由辐射面1到辐射面2的形状系数，T1为辐 射面1的绝对温度，T2为辐射面2的绝对温度。由上式可 以看出，包含热辐射的热分析是高度非线性的。
线性： LINK32
两维二节点热传导单元
ANSYS热分析指南——ANSYS瞬态热分析
4.1瞬态传热的定义ANSYS/Multiphysics , ANSYS/Mechanical, ANSYS/FLOTRANANSYS/Professional 这些产品支持瞬态热分析。
瞬态热分析用于计算一个系统 的随时间变化的温度场及其它热参数。
在工程上一般用瞬态热分析计算温度场， 并将之作为热载荷进行应力分析。
许多传热应用一热处理问题，喷管，引擎堵塞, 管路系统，压力容器等，都包含瞬态热分析。
瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。
主要的区别是瞬态热分析中的载 荷是随时间变化的。
为了表达随时间变化的载荷，可使用提供的函数工具描述载 荷〜时间曲线并将该函数作为载荷施加（请参考《ANSYS Basic Porcedures Guide 》中的“施加函数边界条件载荷”），或将载荷〜时间曲线分为载荷步。
载荷〜时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步，如下图所示：图4-1用荷载步定义时变荷载对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时还需定义其它载荷步选 项，如：载荷步为渐变或阶跃、自动时间步长等，定义完一个载荷步的所有信息 后，将其写为载荷步文件，最后利用载荷步文件统一求解。
本章对一个铸件的分 析的实例对此有进一步说明。
4.2瞬态热分析中使用的单元和命令瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同，第三章对单元有简单的描述。
要了解每个单元的详细说明，请参阅《 ANSYS Eleme nt Refere nee 》。
要了解每 个命令的详细功能，请参阅《ANSYS Comma nds Refere nce 。
4.3瞬态热分析的过程瞬态热分析的过程为：建模施加荷载并求解ANSYS 热分析指南（第四章） 第四章瞬态热分析Load▲ Stepped (KBCJ) ■SteppedSteady<state analysis在后处理中查看结果以下的内容将讲述瞬态分析的基本步骤，由于并不是每个瞬态分析的过程都一致，因此本书先对整个过程进行了一般的讲解，再进行实例的分析。
ANSYS瞬态热分析--样件加热
ANSYS瞬态热分析--样件加热⽬录1. 要求⼀块0.8m*0.4m*0.2m厚的钢板，在300℃的炉⼦中进⾏加热，其材料参数如下表所⽰:材料参数序号名称参数1导热系数452弹性模量210E93⽐热5403泊松⽐0.34密度78502. ANSYS有限元分析ANSYS单位W/m℃对流换热系数：取202.1 APDL建模!程序头FINISH/CLEAR/FILENAME, TSR/PREP7!设置单元ET,1,SOLID278!设置材料MP,KXX,1,45!定义材料的导热系数MP,C,1,540!定义⽐热容MP,DENS,1,7850!密度!建⽴模型BLC4,0,0,0.8,0.4,0.2!设置属性TYPE,1MAT,1!设置⽹格划分LESIZE,1,,,25LESIZE,2,,,25LESIZE,9,,,20VMESH,ALL!设置初始温度TUNIF,22,!对流换热系数和环境温度SFA,ALL,1,CONV,100,300!设置温度偏移TOFFST,273,!设置求解FINISH/SOLANTYPE,4!瞬态分析KBC,1TRNOPT,FULL!完全法LUMPM,0DELTIM,60,30,300!默认时间间隔60s，最⼩30s，最⼤300s OUTRES,ALL,ALL!结果完全输出TIME,6000!100分钟SOLVE!求解FINISH/POST1PLNSOL,TEMP,,0!显⽰温度云图!显⽰中间⼀点的温度随时间的曲线FINISH/POST26SOLU,191,NCMITSTORE,MERGEFILLDATA,191,,,,1,1REALVAR,191,191NSOL,2,NODE(0.4,0.2,0.2),TEMP,,TEMP_3STORE,MERGEXVAR,1PLVAR,2,SAVE最后时刻温度云图温度随时间变化曲线。
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瞬态热分析步骤二：加载求解
c、设定载荷步选项 ①、普通选项 • 时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间： Command: TIME GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc > Time and Substps
瞬态热分析步骤二：加载求解
60 100
40
80
Z Y X
共10个小孔，直径为 10mm，底盘高 10mm，.圆柱高50mm。
• 分析，取零件的十分之一进行研究
APR 8 2010 18:08:03
UM
Z Y
X
• 例 长方形板，长为15cm，宽为5cm，中间 有一个1cm的圆孔。板初始温度为20℃， 将其左端突然置于温度为1000℃，对流换 热系数为100W/m2.℃的流体中，计算:
②、非线性选项 • 自动时间步长：本选项为 ON时，在求解过程中将自动调整时 间步长。 Command: AUTOTS GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-> Time/Frequenc > Time and Substps
瞬态热分析步骤二：加载求解
②、非线性选项 • 时间积分效果：如果将此选项设定为OFF，将进行稳态热分析。 Command: TIMINT GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-> Time/Frequenc > Time Integration
本讲介绍瞬态传热分析的知识，通过学习，使大家了 解瞬态传热分析，并能对简单的问题进行求解。
瞬态分析步骤
• 建模 • 加载求解 • 后处理
瞬态热分析步骤一： 建模
·确定jobname、title、units, 进入PREP7；
· 定义单元类型并设置选项； · 如果需要，定义单元实常数； · 定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度 及比热； · 建立几何模型； · 对几何模型划分网格。
· 写入载荷步文件： Command: LSWRITE GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>Write LS File 或先求解： Command: SOLVE GUI: Main Menu> Solution>Solve>Current LS 注意：在第二载荷步中，要删去所有设定的温度，除非这些节点 的温度在瞬态分析与稳态分析相同。
瞬态热分析步骤二：加载求解
②、设定非均匀的初始温度 在瞬态热分析中，节点温度可以设定为不同的值： Command: IC GUI: Main Menu> Solution>Loads>Apply>-Initial Condit'n > Define
Guidelines
瞬态热分析步骤二：加载求解
如果初始温度场是不均匀的 且又是未知的，就必须首 先作稳态热分析确定初始 条件： · 设定载荷（如已知的温度、 热对流等） · 将时间积分设置为OFF： Command: TIMINT, OFF GUI: Main Menu> Preprocessor >Loads>Load Step OptsTime/Frequenc > Time Integration
c、设定载荷步选项 ①、普通选项 • 每个载荷步的载荷子步数，或时间增量 对于非线性分析，每个载荷步需要多个载荷子步。时间步 长的大小关系到计算的精度。步长越小，计算精度越高， 同时计算的时间越长。根据线性传导热传递，可以按如 下公式估计初始时间步长： ITS=δ2/4α 其中δ为沿热流方向热梯度最大处的单元的长度， α为导温 系数，它等于导热系数除以密度与比热的乘积（ α ＝ k/ρc)。 Command: NSUBST or DELTIM GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-> Time/Frequenc > Time and Substps
瞬态热分析步骤二：加载求解
b、获得瞬态热分析的初始条件 ①、定义均匀温度场 如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节点初始温度 Command: TUNIF GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Uniform Temp
瞬态热分析步骤二：加载求解
瞬态热分析步骤二：加载求解
如果载荷在这个载荷步是恒定的，需要设为阶越选项；如果载荷 值随时间线性变化，则要设定为渐变选项： Command: KBC GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-> Time/Frequenc > Time and Substps
瞬态热分析步骤二：加载求解
c、设定载荷步选项 ①、普通选项 • 时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间： Command: TIME GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc > Time and Substps
瞬态热分析步骤二：加载求解
注意：设定均匀的初始温度，与如下的设定节点的温度(自由度)不同 Command: D GUI: Main Menu > Solution > -Loads- > Apply > -Thermal- > Temperature > On Nodes
Guidelines
瞬态热分析步骤二：加载求解
初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效；而设定节点温度将保持 贯穿整个瞬态分析过程，除非通过下列方法删除此约束： Command: DDELE GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Delete>-ThermalTemperature > On Nodes
瞬态热分析步骤二：加载求解
· 设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如0.001）： Command: TIME GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step OptsTime/Frequenc >Time and Substps
瞬态热分析步骤二：加载求解
瞬态热分析步骤三：后处理
1、用POST1进行后处理 · 进入POST1后，可以读出某一时间点的结果： Command: SET GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Time/Freq 如果设定的时间点不在任何一个子步的时间点上， ANSYS会进行线性插值。 · 此外还可以读出某一载荷步的结果： GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Load Step 然后就可以采用与稳态热分析类似的方法，对结 果进行彩色云图显示、矢量图显示、打印列表等后 处理。
100
2000
S
ED
• 例，零件几何模型如下图，初始温度为550℃，置入 恒温为50℃的油池内淬火，其表面传热系数为 3,, 530W/(m2.℃)，比热460J/kg.℃，密度为 7850kg/m APR 8 2010 18:20:32 热导率为35W/(m.℃)，计算5min后零件的温度分布。
瞬态热分析步骤二：加载求解
a、定义分析类型 · 如果第一次进行分析，或重新进行分析 GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis > Transient Command: ANTYPE,TRANSIENT,NEW
瞬态热分析步骤二：加载求解
a、定义分析类型 · 如果接着上次的分析继续进行（例如增加其它载荷） GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>Restart Command: ANTYPE,TRANSIENT,REST
密度 5000kg/m3 比热200J/kg.℃ 热导率 5W/m.℃
A
• 1 第1s和第120s板内的温度分布情况 • 2 整个板在前120s内的温度变化过程 • 3 圆孔边缘A点处温度随时间变化曲线
• 分析类型：瞬态热分析 • 首先定义径向路径，选择general potproc>read results>by pick拾取查看的曲 线然后将温度场分析结果映射到路径上， 最后再选择plot item>on graph显示出来 希 望能解决你的问题
瞬态热分析步骤三：后处理
2、用POST26进行后处理 · 首先要定义变量： Command: NSOL or ESOL or RFORCE GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Define Variables
瞬态热分析步骤三：后处理
· 然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线： Command: PLVAR GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Graph Variables
实例
• 长和宽均为2000mm，厚为100mm，初始温度为 20℃的钢板，放入温度为1120℃的加热炉内加热， 其表面传热系数为125W/(m2.℃)，钢板的比热容为 460J/kg.℃，密度7850kg/m3，热导率为 50W/(m.℃)，计算钢板温度达到750℃时所经历的 时间以及钢板的温度场分布。
瞬态热分析步骤二：加载求解
②、非线性选项 • 迭代次数：每个子步默认的次数为25，这对大多数非线性热分 析已经足够。 Command: NEQIT GUI: Main Menu> Solution>-Load step opts > Nonlinear > Equilibrium Iter