Ansys 第 例瞬态热分析实例一水箱
ANSYS瞬态热分析
ANSYS瞬态热分析ANSYS瞬态热分析1. 建模2. 加载求解2.1 定义分析类型2.2 定义初始条件3. 后处理3.1 用POST1 进行后处理3.2 用POST26进行后处理1. 建模确定jobname、title、units，进入PREP7定义单元类型并设置选项如需要，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2. 加载求解2.1 定义分析类型选择瞬态热分析CMD: ANTYPE, TRANSIENT, NEW(REST)GUI: Main menu>Solution> Analysis Type> New Analysis> Transient(>Restart) 2.2 定义初始条件定义均匀温度场1. 如果模型的初始温度是均匀已知的，可设所有节点初始温度CMD：TUNIFGUI : Main Menu > Solution> Loads> Settings >Uniform Temp2. 如果不设置，则默认为参考温度，参考温度默认为0，但可通过如下方法设定参考温度CMD: TREFGUI:Main Menu>Solution>Loads>Settings>Reference Temp定义节点温度1. 施加节点温度CMD: DGUI: Main Menu > Solution > Loads> Apply > Thermal > Temperature > OnNodes2. 删除节点温度CMD:DDELEGUI:Main Menu > Solution > Loads> Delete > Thermal > Temperature > OnNodes3. 定义非均匀节点温度在瞬态热分析中节点温度可设定为不同的值CMD: ICGUI: Main Menu > Solution > Loads> Delete > Thermal > Temperature > OnNodes4. 初始温度未知如果初始温度场不均匀且未知，就必须首先做稳态热分析设定载荷(如已知的温度、热对流等)；将时间积分设置为OFF:CMD:TIMINT, OFFGUI:Main Menu> Preprocessor> Loads > Load Step Opts >Time/Frequenc >Time Integration设定只有一个子步的，时间很小的载荷步(例如时间可设为0.001)GUI:Main Menu> Preprocessor> Loads > Load Step Opts >Time/Frequenc >Time and Substps写入载荷步文件CMD:LSWRITEGUI:Main Menu> Preprocessor> Loads > Write LS FILE> Time/Frequenc>Time and Substps或者直接求解CMD:SOLVEGUI:Main Menu> Solution>Solve>Current LS注意：在第二载荷步中，要删除所设定的温度，除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析中相同注意：设定初始温度和设定节点温度不同，设点节点温度不同。
ANSYS瞬态分析实例
ANSYS瞬态分析实例ANSYS（ANalysis SYStem）是一种流行的工程模拟软件，广泛应用于各个领域，包括结构力学、流体力学、热传导和电磁场分析等方面。
在ANSYS中，瞬态分析是一种在物体受到短暂或周期性载荷作用下，模拟其动态响应的方法。
下面将介绍一个ANSYS瞬态分析的实例。
这个实例是根据汽车上的减震器设计一个座椅的瞬态分析。
在汽车行驶过程中，道路的不平整会导致减震器不断进行压缩和回弹，从而对座椅作用力产生冲击。
为了确保座椅能够有效地吸收冲击并保证驾驶员和乘客的舒适性，需要进行瞬态分析。
首先，需要根据座椅的几何模型进行建模。
使用ANSYS的CAD工具，可以绘制出座椅的三维几何模型。
然后，根据座椅材料的力学特性，如弹性模量、泊松比等，对座椅进行材料属性的定义。
接下来，需要对座椅的约束条件进行定义。
在这个实例中，假设座椅与地面之间存在一个理想刚度的连接。
这意味着座椅无法在垂直方向上移动，而只能进行压缩和回弹。
然后，需要定义一个驾驶员上座的载荷。
在这个实例中，假设驾驶员对座椅的作用力具有一个正弦波形的周期性载荷，模拟道路不平整带来的冲击。
在定义完约束条件和载荷后，需要进行网格划分。
ANSYS使用有限元分析方法，将物体离散成许多小的有限元，并使用计算方法对每个有限元进行求解。
因此，对座椅进行网格划分是必要的。
接下来，可以进行求解。
在这个实例中，座椅受到周期性载荷的作用，因此需要进行瞬态分析。
ANSYS会对每个时间步长进行求解，模拟座椅的动态响应。
在求解过程中，可以观察座椅的位移、应变等结果。
最后，可以对结果进行后处理。
ANSYS提供了各种可视化和分析工具，可以对模拟结果进行动画演示、应变云图、频谱分析等。
这些工具可以帮助工程师更直观地理解座椅在瞬态载荷下的动态行为，并优化设计方案。
通过以上步骤，可以利用ANSYS进行座椅的瞬态分析。
这个实例是ANSYS瞬态分析在汽车工程中的一个应用，但实际上瞬态分析可以用于各种领域，如航空航天、建筑结构等。
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-第33例瞬态热分析实例一水箱
第33例瞬态热分析实例——水箱本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。
33.1概述热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。
33.1.1 瞬态热分析的定义瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。
一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。
33.1.2 嚼态热分析的步骤瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。
1．建模瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。
注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。
2.施加载荷和求解(1)指定分析类型，Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择Transient。
(2)获得瞬态热分析的初始条件。
定义均匀的初始温度场：Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp，初始温度仅对第一个子步有效，而用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意二者的区别。
定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的，可以用Main Menu→Solution→Define Loads →Apply→Initial Condit'n→Define即IC命令施加。
非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。
该稳态分析与一般的稳态分析相同。
注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等），将时间积分关闭，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts →Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步，Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step。
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热分析实例教程
Temperature distribution in a CylinderWe wish to compute the temperature distribution in a long steel cylinder with inner radius 5 inches and outer radius 10 inches. The interior of the cylinder is kept at 75 deg F, and heatis lost on the exterior by convection to a fluid whose temperature is 40 deg F. The convection coefficient is 0.56 BTU/hr-sq.in-F and the thermal conductivity for steel is 0.69 BTU/hr-in-F.1. Start ANSYS and assign a job name to the project. Run Interactive -> set working directory and jobname.2. Preferences -> Thermal will show -> OK3. Recognize symmetry of the problem, and a quadrant of a section through the cylinder is created using ANSYS area creation tools. Preprocessor -> Modeling -> Create -> Areas -> Circle -> Partial annulusThe following geometry is created.4. Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete -> Add -> Thermal Solid -> Solid 8 node 77 -> OK -> Close5. Preprocessor -> Material Props -> Isotropic -> Material Number 1 -> OKEX = 3.E7 (psi)DENS = 7.36E-4 (lb sec^2/in^4)ALPHAX = 6.5E-6PRXY = 0.3KXX = 0.69 (BTU/hr-in-F)6. Mesh the area and refine using methods discussed in previous examples.7. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperatures -> NodesSelect the nodes on the interior and set the temperature to 75.8. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Convection -> LinesSelect the lines defining the outer surface and set the convection coefficient to 0.56 and the fluid temp to 40.9. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Heat Flux -> LinesTo account for symmetry, select the vertical and horizontal lines of symmetry and set the heat flux to zero.10. Solution -> Solve current LS11. General Postprocessor -> Plot Results -> Nodal Solution -> TemperaturesThe temperature on the interior is 75 F and on the outside wall it is found to be 45. These results can be checked using results from heat transfer theory.BackThermal Stress of a Cylinder using Axisymmetric ElementsA steel cylinder with inner radius 5 inches and outer radius 10 inches is 40 inches long and has spherical end caps. The interior of the cylinder is kept at 75 deg F, and heat is lost on the exterior by convection to a fluid whose temperature is 40 deg F. The convection coefficient is 0.56 BTU/hr-sq.in-F. Calculate the stresses in the cylinder caused by the temperature distribution.The problem is solved in two steps. First, the geometry is created, the preference set to'thermal', and the heat transfer problem is modeled and solved. The results of the heat transfer analysis are saved in a file 'jobname.RTH' (Results THermal analysis) when you issue a save jobname.db command.Next the heat transfer boundary conditions and loads are removed from the mesh, the preference is changed to 'structural', the element type is changed from 'thermal' to 'structural', and the temperatures saved in 'jobname.RTH' are recalled and applied as loads.1. Start ANSYS and assign a job name to the project. Run Interactive -> set working directory and jobname.2. Preferences -> Thermal will show -> OK3. A quadrant of a section through the cylinder is created using ANSYS area creation tools.4. Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete -> Add -> Solid 8 node 77 -> OK ->Options -> K3 Axisymmetric -> OK5. Preprocessor -> Material Props -> Isotropic -> Material Number 1 -> OKEX = 3.E7 (psi)DENS = 7.36E-4 (lb sec^2/in^4)ALPHAX = 6.5E-6PRXY = 0.3KXX = 0.69 (BTU/hr-in-F)6. Mesh the area using methods discussed in previous examples.7. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperatures -> NodesSelect the nodes on the interior and set the temperature to 75.8. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Convection -> LinesSelect the lines defining the outer surface and set the coefficient to 0.56 and the fluid temp to 40.9. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Heat Flux -> LinesSelect the vertical and horizontal lines of symmetry and set the heat flux to zero.10. Solution -> Solve current LS11. General Postprocessor -> Plot Results -> Nodal Solution -> TemperatureThe temperature on the interior is 75 F and on the outside wall it is found to be 43.12. File -> Save Jobname.db13. Preprocessor -> Loads -> Delete -> Delete All -> Delete All Opts.14. Preferences -> Structural will show, Thermal will NOT show.15. Preprocessor -> Element Type -> Switch Element Type -> OK (This changes the element to structural)16. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Displacements -> Nodes(Fix nodes on vertical and horizontal lines of symmetry from crossing the lines of symmetry.)17. Preprocessor -> Loads -> Apply -> Temperature -> From Thermal AnalysisSelect Jobname.RTH (If it isn't present, look for the default 'file.RTH' in the root directory)18. Solution -> Solve Current LS19. General Postprocessor -> Plot Results -> Element Solution - von Mises StressThe von Mises stress is seen to be a maximum in the end cap on the interior of the cylinder and would govern a yield-based design decision.Back。
Ansys作业——瞬态热分析研究
Ansys作业—瞬态热分析问题描述瞬态热分析实例1长方形地板，几何参数及其边界条件如图3-6 所示.板地宽度为5cm，其中间有一个半径为1cm 地圆孔.板地初始温度为20℃，将其右侧突然置于温度为20℃且对流换热系数为100W/M2℃地流体中，左端置于温度为500℃地温度场，试计算：⏹（1）第1s 和第50s板内地温度分布情况.⏹（2）整个板在前50s内地温度变化过程.⏹（3）圆孔边缘A点处温度随时间变化曲线.1.建立有限元模型首先建立瞬态传热分析所需地有限元模型，选择单元.(1) 选择热分析单元，操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete在弹出地对话框中，单击Add.在单元类型库对话框中选择Plane55单元.单击OK.命令：ET,1,PLANE55(2) 定义材料属性首先进入Define Material Model Behavior对话框，操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props下面定义瞬态热分析所需地材料参数，如热传导率、比热容及材料密度：定义热传导GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Conductivity > Isotropic在弹出地定义材料热传导率对话框中地KXX 栏键入“5”.命令：MPDATA,KXX,1,,5定义比热容GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Specific Heat在弹出地定义比热容对话框中地C栏键入“200”.命令：MPDATA,C,1,,200定义密度GUI：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Thermal > Density在弹出密度定义对话框中地DENS栏键入“5000”.命令：MPDATA,DENS,1,,5000材料属性定义完毕.(3)建立实体模型根据本例所用模型，首先需要创建矩形，然后是圆，最后在矩形板中央减去（Substract）圆.下面介绍建立实体模型地操作：创建矩形命令：RECTNG,0,0.15,0,0.05创建圆面其操作如下：GUI：Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Circle > By dimensions 在弹出对话框中，单击OK得到圆面.命令：CYL4, 0.075, 0.025, 0.01相减根据ANSYS建模过程中面序号赋值原理，直接可以肯定圆面序号为2，矩形序号为1，因此采用直接键入命令建实体模型：命令：asba,1,2图1 实体模型(4) 设定网格尺寸并划分网格图2 有限元模型2.施加载荷并求解(1)选择分析类型GUI：Main Menu > Preprocessor > Loads > Analysis Type > New Analysis 选择Transient 分析，单击OK.在弹出地子对话框中单击OK.(2)定义初始条件板地初始温度为20℃，设置初始温度操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Initial Condit'n > Define在弹出地拾取对话框中，单击Pick All.弹出Define Initial Conditions对话框，命令：IC,All,TEMP,20,(3)定义热约束定义对流边界GUI：Utility Menu > Plot > lines命令：LPLOT定义对流载荷/边界首先进入Apply Conv on lines 对话框，操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Convection > On Lines在弹出对话框中，键入Film coefficient和Bulk Temperature值.命令：SFL,L2,CONV,100, ,20,定义稳态热边界在边线上定义稳态热边界，操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Thermal > Temperature > On Lines在弹出对话框中，键入边界温度为“500”.单击OK.命令：DL,L4, ,TEMP,500,1图3施加边界条件和载荷(4)设置时间及时间步进参数GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time –time steps在Time and time Step Optios对话框中按照下图设置，其余选项不变.TIME,50AUTOTS,1DELTIM,1,0.1,2.5,1KBC,0下面确认时间积分选项打开.操作如下：GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Time/Frequenc > Time Integration保持默认设置，单击OK.命令：TIMINT,1TINTP,0.005, , ,-1,0.5,-1(5)设置输出控制GUI：Main Menu > Solution > Load Step Opts > Output Ctrls > DB/Results File 在File Write Frequency栏选项 Every Substep.命令：OUTRES,ALL,ALL,(6)求解GUI：Main Menu > Solution > Solve > Current LS.命令：Solve3.查看分析结果（1）POST1后处理，显示第1s和和第50s时温度场.图4显示第1s时地温度场重复上述操作，读入第50s时结果并显示温度场.下图所示为第50s温度场.图5显示第50s时地温度场(2)POST26 后处理需要查看A点随时间变化地温度场，首先必须定义A点温度变量，然后才能显示A点处.定义A点温度变量显示A 点温度随时间变化曲线，单击“GRAPH VARIABLE 按钮，得到A 点温度随时间变化曲线.图6A点温度-时间变化曲线4.命令流文件!进入前处理/prep7 /COM,Thermal Et,1,plane55Mp,dens,1,5000Mp,kxx,1,5Mp,c,1,200Save!创建几何模型Rectng,0,0.15,0,0.05CYL4,0.075,0.025,0.01Asba,1,2Save!划分网格SMRT,3Amesh,ALLSave!进入加载求解/soluAntype,transTRNOT,FULLLUMPM,0Ic,all,temp,20SaveLplotSFL,2,conv,100,,20 DL,4,,TEMP,500,0Time,50Kbc,0Autots,onDeltim,1,0.1,2.5,1Timint,onTINTP,0.005,,,-1,0.5,-1Outres,all,allSolveFINISH/POST1!*/EFACET,1PLNSOL, TEMP,, 0瞬态传热分析实例21.问题描述：一个直径为0.12m，温度为900摄氏度地钢球突然放入盛满了水地，完全绝热地横截面直径和孤傲度均为0.6m地圆柱体水箱中，水地温度为20，材料参数如图所示，求解10分钟后钢球与水地温度场分布（钢球置于水箱正中央）.2. 问题分析属于瞬间热传导问题，研究对象为钢球和水，根据轴对称性，在求解过程中取钢球和水中心纵截面地1/4建立几何模型，选择PLANE55轴对称单元进行分析.3.建立模型(1)添加标题添加标题，操作如下GUI：Utility Menu > File > Change Title在弹出地Referenc for GUI Filtering对话框中，选择 Thermal.单击OK.(2) 选择单元在单元类型库对话框中选择Plane55单元.单击OK.在Element behavior K3下拉框中选择Axisymmetric选项，其余默认.(3)定义材料属性1⏹定义热传导率在弹出地定义材料热传导率对话框中地KXX 栏键入“70”.⏹定义比热容在弹出地定义比热容对话框中地C栏键入“448”⏹定义密度在弹出密度定义对话框中地DENS栏键入“7800”.(4)定义材料属性2⏹定义热传导率在弹出地定义材料热传导率对话框中地KXX 栏键入“0.61”.⏹定义比热容在弹出地定义比热容对话框中地C栏键入“4185”⏹定义密度在弹出密度定义对话框中地DENS栏键入“1000”.(5)建立实体模型图7平面实体模型4.设定网格尺寸并划分网格图8有限元模型5．加载及求解求解之前首先要选择分析类型，然后定义边界条件及其载荷步选项，最后计算.首先选择分析类型.图9求解后显示图6.查看求解结果在POST1后处理器中查看结果图10总体温度场等值线图图11水地温度场等值线图图12球体温度场等值线图图13球心温度随时间地变化关系图7.命令流文件/Title,Transient slab ProblemKEYW, PR_THERM, !指定分析类型为热分析/prep7ET,1,Plane55KEYOPT,1,3,1MP,KXX,1,70MP,DENS,1,7800MP,C,1,448MP,KXX,2,0.61MP,DENS,2,1000MP,C,2,4185RECTANG,0,0.3,O,0.3PCIRC,0.06,0,0,90AOVERLAP,ALLNUMCMP,AREANUMCMP,LINE/TITLE,GEOMETRIC MODELAPLOTMSHAPE,0,2DMSHKEY,1LPLOT/PNUM,LINE,1/PNUM,AREA,1/REPLOTLSEL,S,LINE,,4,5LESIZE,ALL,,,30,0.1LSEL,S,LINE,,6,7 !选择线段6，7LESIZE,ALL,,,32,0.1 !设置单元数量LSEL,S,LINE,,3 !选择线段3LESIZE,ALL,,,30 !设置单元数量ALLSELLCCAT,2,1 !将线段12联接在一起MAT,1 !选择材料参考号1AMESH,1 !对面1进行网格划分MAT,2 !选择材料参考号1AMESH,2 !对面1进行网格划分/TITLE, ELEMENTS IN MODELEPLOTFINISH/SOLUANTYPE,TRANSTIMINT,OFFTIME,0.01DELTIM,0.01ESEL,S,MAT,,1NSLE,SD,ALL,TEMP,900ESEL,S,MAT,,2NSLE,SD,ALL,TEMP,20ALLSELSOLVETIMINT,ONTIME,600DELTIM,26,2,200AUTOS,ONDDELE,ALL,TEMPOUTRES,,ALLSOLVEFINISH版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.GMsIa。
ANSYS热分析指南——ANSYS瞬态热分析收集资料
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ANSYS 热分析指南（第四章）第四章瞬态热分析Load ▲ Stepped (KBCJ)■SteppedSteady<state analysis施加荷载并求解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。
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第33例瞬态热分析实例——水箱本例介绍了利用ANSYS进行瞬态热分析的方法和步骤、瞬态热分析时材料模型所包含的内容，以及模型边界条件和初始温度的施加方法。
33.1概述热分析是计算热应力的基础，热分析分为稳态热分析和瞬态热分析，稳态热分析将在后面两个例子中介绍，本例介绍瞬态热分析。
33.1.1 瞬态热分析的定义瞬态热分析用于计算系统随时间变化的温度场和其他热参数。
一般用瞬态热分析计算温度场，并找到温度梯度最大的时间点，将此时间点的温度场作为热载荷来进行应力计算。
33.1.2 嚼态热分析的步骤瞬态热分析包括建模、施加载荷和求解、查看结果等几个步骤。
1．建模瞬态热分析的建模过程与其他分析相似，包括定义单元类型、定义单元实常数、定义材料特性、建立几何模型和划分网格等。
注意：瞬态热分析必须定义材料的导热系数、密度和比热。
2.施加载荷和求解(1)指定分析类型，Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis,选择 Transient。
(2)获得瞬态热分析的初始条件。
定义均匀的初始温度场：Main Menu→Solution→Define Loads→Settings→Uniform Temp，初始温度仅对第一个子步有效，而用Main Menu →Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Temperature命令施加的温度在整个瞬态热分析过程中均不变，应注意二者的区别。
定义非均匀的初始温度场：如果非均匀的初始温度场是已知的，可以用Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Initial Condit'n→Define 即IC命令施加。
非均匀的初始温度场一般是未知的，此时必须先进行行稳态分析确定该温度场。
该稳态分析与一般的稳态分析相同。
注意：要设定载荷（如已知的温度、热对流等），将时间积分关闭，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay;设定只有一个子步，时间很短（如(0.01s)的载荷步， Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time →Time Step。
(3)设置载荷步选项。
普通选项包括每一载荷步结束的时间、每一载荷步的子步数、阶跃选项等，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time-Time Step.非线性选项包括：迭代次数（默认25），选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Nonlinear→Equilibrium Iter;打开自动时间步长，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step：将时间积分打开，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay.输出选项包括：控制打印的输出，选择Main Menu→Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→Solu Printout; 结果文件的输出，选择Main Menu →Solution→Load Step Opts→Output Ctrls→DB/Results File.(4)如果均匀的初始温度场是通过稳态分析施加的，则须删除稳态分析时施加的温度载荷，选择 Main Menu→Solution→Define Loads→Delete→Thermal→Temperature。
(5)求解。
3.查看结果可以用POST26或POST1查看结果。
33.2问题描述图33-1所示为一个温度为500℃的铁块和一个温度为400℃的铜块，突然放入温度为20℃的完全绝热的水箱中。
忽略水的流动，试分析1h后铜块和铁块的最高温度，以及铜块和铁块的温度变化情况。
材料热物理性能参数如表33-1所示。
图33-1 水箱示意图表33-1 材料热物理性能参数33.3分析步骤拾取菜单Utility Menu→File→Change Jobname，在所弹出对话框的“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE33，单击“OK”按钮。
图33-2 改变任务名对话框拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete，弹出如图33-3所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图33-4所示的对话框，在左侧列表中选“Thermal Solid”，在右侧列表中选“8node 77”，单击“OK”按钮，返回到如图33-3所示的对话框，单击“Close”按钮关闭对话框。
图33-3 单元类型对话框图33-4 单元类型库对话框拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models，弹出如图33-5所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Thermal”、“Conductivity”、“Isotropic”，弹出如图33-6所示的对话框，在“KXX”文本框中输入383（导热系数），单击“OK”按钮；再次拾取如图33-5所示对话框中右侧列表的“Specific Heat”项，弹出如图33-7所示的对话框，在“C”文本框中输入390（比热），单击“OK”按钮；再次拾取如图33-5所示对话框中右侧列表的“Density”项，弹出如图33-8所示的对话框，在“DENS”文本框中输入8889（密度），单击“OK”按钮，于是定义好了材料模型1（铜）。
单击如图33-5所示对话框的菜单项Material--New Model，单击弹出的“Define Material TD”对话框中的“OK”按钮，然后重复定义材料模型1时的各步骤，定义材料模型2（铁）的导热系数为70，比热为448，密度为7833。
重复定义材料模型2时的各步骤，定义材料模型3（水）的导热系数为2，比热为4185，密度为996。
最后关闭如图33-5所示的对话框。
略图33-5 材料模型对话框图33-6 定义导热系数对话框图33-7 定义比热对话框拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→By Dimension，弹出如图33-9所示的对话框，在“X1，X2”文本框中分别输入0，0.6，在“Y1，Y2”文本框中分别输入0，0.5，单击“Apply”按钮，再次弹出如图33-9所示的对话框，在“Xl, X2”文本框中分别输入0.15, 0.225，在“Y1, Y2”文本框中分别输入 (0.225，0.27)，单击“Apply”按钮，再次弹出如图33-9所示的对话框，在“Xl，X2”文本框中分别输入0.342，0.42)，在“Y1，Y2”文本框中分别输入0.225，0.27，单击“OK”按钮。
拾取菜单Utility Menu→PlotCtrls→Numbering，在弹出的"Plot Numbering Controls "对话框中，将Area numbers（面号）打开，单击“OK”按钮。
图33-8 定义密度对话框图33-9 创建矩形对话框拾取菜单 Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Overlap→Areas,弹出拾取窗口，单击“Pick All”按钮。
拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Meshing→MeshTool，弹出如图33-10所示的对话框。
选择“Element Attributes”的下拉列表框为“Areas”，单击下拉列表框后面的“Set”按钮，弹出拾取窗口，选择面2，单击拾取窗口中的“OK”按钮，弹出.”Areas Attributes"对话框，选择“MAT”下拉列表框为1，单击“Apply”按钮，再次弹出拾取窗口，选择面3，单击拾取窗口中的“OK”按钮，选择“Areas Attributes”对话框的“MAT”下拉列表框为2，单击“Apply”按钮，再次窗口，择面4，单击拾取窗口中的“OK”按钮，选择“Areas Attributes”对话框的“MAT”下拉列表框为3，单击"OK"按钮。
单击“Size Controls”区域中“Global”后面的“Set”按钮，弹出如图33-11所示的对话框，在“SIZE”文本中输入0.01，单击“OK”按钮；在如图33-10所示对话框的"Mesh"区域，选择单元形状为“Quad”（四边形），选择划分单元的方法为“Mapped”（映射），单击“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取面2和面3，单击“OK”按钮。
图33-10 划分单元工具对话框图33-11 单元尺寸对话框单击“Size Controls”区域中“Global”后面的“Set”按钮，弹出如图33-11所示的对话框，在" SIZE"文本框中输入0.03，单击“OK”按钮；在如图33-10所示对话框的“Mesh”区域，选择单元形状为"Quad "（四边形），选择划分单元的方法为“Free”（自由），单击“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取面4，单击“OK”按钮，关闭如图33-10所示的对话框。
拾取菜单Main Menu→Solution→Analysis Type→New Analysis，在弹出的对话框中选择“Type of Analysis”为“Transient”，单击“OK”按钮，在随后弹出的“Transient Analysis”对话框中，单击“OK”按钮。
以下步骤进行稳态分析，以得到初始温度场。
拾取菜单 Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time Integration→Amplitude Decay，弹出如图33-12所示的对话框，将“TIMINT”关闭，单击“OK”按钮。
图33-12 时间积分控制对话框．拾取菜单Main Menu→Solution→Load Step Opts→Time/Frequenc→Time→Time Step,弹出如图33-13所示的对话框，在“TIME”文本框中输入0.01，在“DELTIM Time step size”文本框中输入0.01，单击“OK”按钮。