一般壳体温度场的有限元分析(王勖成,唐永进)
基于有限元分析的温度场优化设计研究
基于有限元分析的温度场优化设计研究随着科技的快速发展和工业的不断进步，热问题的解决变得尤为重要。
在许多工程领域中，如航空航天、能源、电子器件等，温度场的优化设计是一项关键任务。
有限元分析技术凭借其精确性和可靠性，成为研究温度场设计的重要工具。
有限元分析是一种数值计算方法，用于求解实际工程问题的数值解。
它将复杂的结构分割成许多小的离散单元，每个单元都可以表示为具有特定物理性质的单一材料。
通过这种方法，可以有效地模拟结构在各种工况下的变形和应力分布。
在温度场优化设计研究中，有限元分析可以帮助工程师理解不同材料的热传导特性以及结构的热稳定性。
通过建立合适的数学模型，可以预测材料在特定工况下的温度分布和热传导路径。
这些信息可以用于优化设计，以确保结构的稳定性和效率。
在设计过程中，首先需要收集材料的热传导性质和热稳定性数据。
这些数据通常通过实验获取，包括热导率、热扩散系数和热容等。
然后，根据结构的几何形状和边界条件，建立有限元模型。
该模型将结构分割成小单元，并在每个单元中考虑热传导和对流散热的影响。
一旦建立了有限元模型，可以通过数值方法求解热传导方程，得到结构在不同工况下的温度分布。
通过这些温度数据，可以分析结构的热稳定性，识别潜在的热点和温度梯度高的区域。
根据分析结果，工程师可以采取相应的措施，例如增加散热装置、优化材料选择或进行结构调整。
除了分析结果，有限元分析还可以帮助优化设计过程。
通过调整材料的分布、几何形状或边界条件，可以改善结构的热稳定性和效率。
通过引入随机变量和优化算法，还可以实现多目标优化，寻找最佳的设计方案。
然而，在应用有限元分析进行温度场优化设计时，也存在一些挑战。
首先，建立准确的数学模型需要对结构的物理特性有深入的理解。
其次，模型的离散化可能导致数值误差，需要适当的网格划分和收敛检查。
此外，求解大规模有限元模型需要大量的计算资源和时间。
总的来说，基于有限元分析的温度场优化设计研究具有重要意义和实际应用价值。
混凝土结构温度场和温度应力的有限元分析的开题报告
混凝土结构温度场和温度应力的有限元分析的开题报告1. 研究背景混凝土结构作为一种常见的建筑材料，其温度场和温度应力的研究对建筑工程具有重要意义。
在混凝土的生产、运输、安装和使用过程中，其受到外界温度影响，温度的变化会影响混凝土结构的稳定性和安全性。
因此，在混凝土结构的设计和工程监测中，温度场和温度应力的研究是必要的。
2. 研究目的本研究旨在探讨混凝土结构温度场和温度应力的有限元分析方法，通过建立数值模型，模拟混凝土结构在不同温度下的变形和破坏过程。
同时，通过对温度场和温度应力的分析，揭示混凝土结构受温度影响的规律，为混凝土结构的设计和工程监测提供理论依据。
3. 研究内容（1）混凝土结构的基本性质与温度特性分析。
（2）建立混凝土结构温度场和温度应力的有限元分析模型。
（3）分析混凝土结构在不同温度下的变形和破坏过程，研究温度场和温度应力的分布。
（4）分析不同参数对混凝土结构温度场和温度应力的影响。
（5）通过实例分析验证建立的有限元分析模型的准确性和可靠性。
4. 研究方法和技术路线本研究采用有限元方法进行数值模拟，通过建立混凝土结构的有限元模型，利用ANSYS软件对温度场和温度应力进行分析。
具体的技术路线如下：（1）建立数值模型：对混凝土结构进行设计，绘制结构图并建立有限元模型。
（2）设置边界条件：确定温度载荷并设置结构的固定边界和自由边界条件。
（3）进行有限元分析计算：通过ANSYS软件进行温度场和温度应力的分析计算。
（4）分析模拟结果：对模拟结果进行分析，在不同温度下分析混凝土结构的变形和破坏过程，研究温度场和温度应力的分布规律。
（5）验证模拟结果：通过实验或现场监测验证模拟结果的准确性和可靠性。
5. 预期成果本研究的预期成果包括以下方面：（1）建立混凝土结构温度场和温度应力的有限元分析模型。
（2）分析不同参数对混凝土结构温度场和温度应力的影响。
（3）研究混凝土结构在不同温度下的变形和破坏过程，揭示温度场和温度应力的分布规律。
基于有限元方法的缸体缸盖温度场模拟分析与试验研究
基于有限元方法的缸体缸盖温度场模拟分析与试验研究张雪林【摘要】为了研究发动机缸体缸盖表面的温度,基于有限元方法对某汽油机的缸体缸盖进行了温度场分析.首先进行CFD分析得到温度以及换热系数边界,利用ABAQUS软件进行发动机的温度分析,得到准确的温度场分布.并且通过试验的手段对分析结果进行验证分析,结果表明试验结果基本与分析结果相符.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2017(000)017【总页数】3页(P72-73,94)【关键词】有限元方法;试验研究;温度场【作者】张雪林【作者单位】安徽江淮汽车集团股份有限公司,安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】U467发动机的缸体缸盖不仅承受缸内爆发压力等较高的机械载荷，同时承受燃烧产生的高温，较高的温度除了会产生一定的热应力外，还会使材料的机械性能下降，主要体现在弹性模量以及抗拉强度等的降低，导致缸体缸盖能承受的机械载荷的水平也降低。
本文主要运用双向流固耦合的方法，使用全模型对某汽油机的缸体缸盖进行温度场研究，并且考虑材料属性随温度变化的非线性特性，得到的温度与试验进行对比。
以此研究某汽油机的缸体缸盖的温度场分布。
1 双向流固耦合基本原理缸体缸盖耦合分析是一个多学科联合的有限元问题，包括热能、传热学、流体、结构、材料、喷雾以及有限元知识等等。
理论复杂，热固耦合计算的关键是实现流体与固体或交界壁面处的热量传递。
由能量守恒可知，在流固耦合界面处，固体传出的热量应等于流体吸收的热量。
所以，采用下面的方程来描述这一守恒，联接实体的Fourier热传导方程和流体的对流换热控制方程。
式中：Kcond为固体的导热系数；hconv为局部对流换热系数；Tf为流体温度；Tw为壁面温度。
流体侧，采用k-ε湍流模型来计算流体与壁面的对流换热边界条件，标准的k-ε湍流模型的输送方程为：式中：k为湍动能；ε为湍动能耗散率；Gk为由平均速度梯度产生的湍动能项；Gb为由浮力产生的湍动能项；YM表示膨胀耗散项；C1ε、C2ε、C3ε为常数；σk、σε为 k和ε的湍流普朗特数；Sk、Sε为用户定义的源项。
铸造模型的温度场有限元分析
铸造模型的温度场有限元分析概述铸造是一种工程制造方法，将液态金属或其他物质浇铸到一个模具中，让其冷却并形成所需形状。
在铸造过程中，温度场是非常重要的因素。
温度场决定了物体的热胀冷缩、形变、质量等方面，因此对温度场进行分析和优化是铸造中非常关键的步骤。
有限元分析是一种数值分析方法，广泛应用于工程领域中的物理模拟和优化。
它通过将复杂的物理系统划分成离散的小单元，然后进行数值计算，求解问题的数值解。
因为铸造模型具有复杂的结构和几何形状，因此需要使用有限元分析方法对其温度场进行建模和分析。
建模铸造模型的温度场建模通常采用有限元法。
首先需要将模型划分为许多小单元，然后对每个小单元进行分析。
对于铸造模型，一般采用三维有限元建模。
建模首先需要构建模型几何结构，通常可以使用CAD软件进行建模，并将建模结果导入有限元分析软件中。
此外，还需要确定材料属性如热传导系数、比热容等物理参数。
这些参数可以通过实验或者文献数据获得。
模型建立后，需要进行网格划分。
网格划分是将模型划分为许多小单元的过程。
划分应该既能保证精度，又不能花费过多的计算资源。
常用的有限元网格包括四面体网格和六面体网格。
求解一旦建立了有限元模型并完成了网格划分，就可以求解铸造模型的温度场了。
求解需要根据材料性质、边界条件和初值条件设置方程组。
为此，通常会考虑以下因素：•材料参数：包括材料的比热容、密度、热传导系数等。
•边界条件：包括模型的外表面或锥度面进行空气自流冷却，穴道内部注射的铸造材料温度，模型的初值等。
•时间步长：需要选用适当的时间步长来求解模型。
通过建立方程组，使用求解器对其进行求解。
有限元分析通常可以获得模型的温度分布、热流量、热应力等结果。
结果分析求解完成后，可以对求解结果进行分析和优化。
通常采用后处理软件进行结果可视化，比如ParaView、Tecplot等软件。
常用的分析方式包括对温度场进行动态展示、温度场的等高线图、热流分布图等。
这些可视化结果可以帮助研究人员更好地了解模型温度分布的规律，并进行优化改进。
ZL201铝合金铸件凝固过程温度场的有限元模拟
ZL201铝合金铸件凝固过程温度场的有限元模拟
刘广君
【期刊名称】《铸造技术》
【年(卷),期】2011(32)1
【摘要】以矩形ZL201铝合金铸件压力铸造为例,对凝固过程进行了合理的假设和简化,利用有限元方法,对铸造凝固过程温度场宏观变化进行了模拟计算,获得了铸型与铸件在凝固过程中的温度分布规律。
在凝固过程中,铸件温度一直呈下降趋势,铸型温度的变化趋势是先升高后降低。
计算结果表明,三维温度场的数值模拟能够反映铸件冷却过程温度场的动态变化,为提高铸件质量、确定凝固时间和优化工艺参数提供了参考。
【总页数】5页(P67-71)
【关键词】凝固;温度场;铝合金;数值模拟;有限元法
【作者】刘广君
【作者单位】北方民族大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG244
【相关文献】
1.铸件凝固过程中温度场的数值模拟 [J], 赵鑫;温泽峰;金学松
2.铝合金压铸件凝固过程中的瞬态温度场分析 [J], 传海军;黄晓锋;毛祖莉;曹喜娟
3.基于ANSYS的铝合金铸件凝固过程温度场的数值模拟 [J], 牛晓武
4.铝合金铸件凝固过程的有限元数值模拟研究 [J], 尤江;王承志;安晓卫;孟宪嘉
5.基于ANSYS的铸件凝固过程瞬态温度场的有限元数值模拟 [J], 王振军
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有限元板壳——王勖成
平板弯曲问题
主要内容：
薄板弯曲理论基本假设和基本方程
基于薄板理论的非协调板单元
基于薄板理论的协调板单元
1、薄板弯曲理论基本假设和基本方程
基本假设 ——Kirchhoff假设 （1）直法线假设：薄板中面法线变形后仍保持为法线 。由此，板中面内剪应变为零。 （2）忽略板中面的法线应力分量，且不计其引起的应 变。 （3）薄板中面内的各点没有平行于中面的位移，即中 面不 变形。 利用上述假设将平板弯曲问题转化为二维问题， 且全部应力和应变可以用板中面挠度w表示。 w w w w( x, y ) u z v z x y
S3
M n |s3 M n
2w 2w M n |s2 D0 2 2 s n
薄板应变能：
h /2 1 1 T T ' U dV D dzdA 2 V 2 A h/2 1 1 T T D dA M dA 2 A 2 A
1、位移模式
三角形单元能较好地适应斜 边界，实际中广泛应用。单 元的结点位移仍然为结点处 的挠度wi和绕x，y轴的转角 θxi、θyi，独立变量为wi。
三角形单元位移模式应包含9个参数。若考虑完全 三次多项式，则有10个参数。若以此为基础构造位 移函数，则必须去掉一项。无法保证对称。经过许 多研究，问题最后在面积坐标下得以解决。
对于三角形单元，面积坐标的一、二、三次齐次分 别有以下项： L L L 1 A 一次项：Li , L j , Lm L
i j m i i
二次项：L , L , L , Li L j , L j Lm , Lm Li 三次项：L , L , L , L2 L j , L2j Lm , L2 Li , Li L2j , L j L2 , Lm L2 , Li L j Lm i m m i
第三讲 温度场的有限元分析
2
...
二维单元
Ni ( x)ui
1
n
注：Ni可为Lagrange、 Hamiton多项式或形函 数，在+1~-1间变化
u ( x, y ) N i ui
1
n
v( x, y ) N i vi
1
n
第三讲 温度场的有限元分析
参考： 《有限单元法在传热学中的应用》，孔祥谦 编著， 北京：科学出版社，第三版，1998.9 （TK124/7）
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
平面稳态温度场的有限元法
• 1、泛函与变分
温度场基本方程推导
• 整理得：
c T T T T (k x ) (k y ) (k z ) Q 0 t x x y y z z
• 满足上述热传导方程的解有无限多个，为了确定真 实的温度场，必须知道物体初始瞬态的温度分布， 即初始条件，称为第一类边界条件 T ( x, y, z, t )t 0 T ( x, y, z ) • 同时，还需知道物体表面与周围介质间进行热交换 的规律，即边界条件，有三类边界条件。
边界面上的热流密度q[w/m2]为已知
2T 2T 2 0 2 x y
T k n
q 0
1
平面稳态温度场的有限元法
• 2、平面稳态温度场的泛函 第三类边界条件平面稳态温度场
温度场数值模拟与分析
温度场数值模拟与分析一、引言温度场是工业制造、自然环境等领域中经常涉及到的现象，通过数值模拟和分析可以深入了解温度场的变化规律，并为后续的研究工作提供有效的参考。
本文将介绍温度场的数值模拟方法和分析技术，并结合实际案例进行分析和讨论。
二、数值模拟方法1.有限元方法有限元方法是数值模拟的一种常用方法，其核心思想是将复杂的物理问题抽象为有限个单元，通过单元之间的相对运动以及单元内部的运动来计算物理量的变化。
在温度场的数值模拟中，有限元方法可以通过建立合适的有限元模型、选择适当的数值方法和求解器来计算温度场的分布和变化规律。
2.计算流体力学方法计算流体力学方法是将物理问题建模为一系列守恒方程和运动方程的数学问题，通过求解这些方程来计算物理量的分布和变化。
在温度场的数值模拟中，计算流体力学方法可以通过建立流体系统的数值模型、指定流体系统的初始和边界条件以及选择适当的求解算法来计算温度场。
3.反向传播神经网络方法反向传播神经网络方法是在深度学习技术的支持下，将物理问题转化为神经网络的训练问题，通过优化网络的结构和参数，实现对物理问题的数值模拟。
在温度场的数值模拟中，反向传播神经网络方法可以通过建立网络模型、选择适当的损失函数和优化算法，来计算温度场的分布和变化规律。
三、分析技术1.可视化分析可视化分析是通过图表、图像和动画等可视化方式来展示温度场的分布和变化规律，通过可视化分析可以直观地了解温度场的变化情况，并且可以更好地理解温度场的复杂性。
2.数据挖掘分析数据挖掘分析是通过分析温度场数据中的模式和关联规则，来发现与温度场相关的重要信息和规律。
通过数据挖掘分析可以发现温度场的非线性规律、异常状态和趋势等信息，为后续的研究工作提供有效的参考。
3.时间序列分析时间序列分析是通过分析温度场数据的时间波动和趋势变化，来了解温度场的周期性和逐渐变化趋势。
通过时间序列分析可以发现温度场中的周期性波动规律和变化趋势，为后续的预测和控制工作提供有效的参考。