最新Ansys温度应力分析步骤汇总
《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文
《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言焊接作为一种重要的工艺方法，广泛应用于各种工程结构中。
然而，焊接过程中产生的温度场和应力分布对焊接结构的质量、性能和使用寿命有着重要的影响。
因此，对焊接温度场和应力的研究具有非常重要的意义。
本文将通过ANSYS软件进行焊接温度场和应力的数值模拟研究，以期为焊接工艺的优化提供理论依据。
二、焊接温度场的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立焊接结构的几何模型，设定材料的热学性能参数，如热导率、比热容等。
同时，设定焊接过程中的热源模型，如高斯热源模型等。
2. 网格划分与边界条件设定对模型进行合理的网格划分，以便更好地捕捉温度场的分布情况。
设定边界条件，包括环境温度、对流换热系数等。
3. 求解与结果分析通过ANSYS的瞬态热分析模块进行求解，得到焊接过程中的温度场分布情况。
分析温度场的变化规律，研究焊接过程中的热循环行为。
三、焊接应力的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立与温度场分析相同的几何模型，设定材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比等。
同时，导入温度场分析的结果作为应力分析的初始条件。
2. 网格划分与约束条件设定对应力分析模型进行网格划分，并设定约束条件，如固定支座等。
这些约束条件将影响应力的分布情况。
3. 求解与结果分析通过ANSYS的结构分析模块进行求解，得到焊接过程中的应力分布情况。
分析应力的变化规律，研究焊接过程中的残余应力分布情况。
同时，结合温度场分析结果，研究温度与应力之间的关系。
四、结果与讨论1. 温度场分析结果通过ANSYS的数值模拟，得到了焊接过程中的温度场分布情况。
结果表明，在焊接过程中，焊缝处的温度较高，随着距离焊缝的增大，温度逐渐降低。
同时，随着时间的变化，温度场呈现出明显的热循环行为。
2. 应力分析结果在应力分析中，我们发现焊接过程中会产生较大的残余应力。
这些残余应力主要分布在焊缝及其附近区域，并呈现出一定的规律性。
ansys入门之三(应力分析)
应力分析 - 前处理
...网格划分
指定网格控制 是网格划分的第二步。
ANSYS 中有许多可用的网格控制。现在， 我们 介绍一个指定网格密度的简单方法，智能网格划 分。
智能网格划分是一种运算法则，它按照线的长度， 曲率和对孔的近似确定模型中线的分割单元数。
30
你只需要指定从1（最细网格）到10（最粗网格） 的“尺寸水平”，其他的由ANSYS处理。
19
应力分析 - 前处理
...网格划分
实常数
20
实常数用于描述那些由单元几何模型不能完全确 定的几何形状。 例如:
梁单元是由连接两个节点的线来定义的，这只定义了梁的长度。 要指明梁的横截面属性，如面积和惯性矩，就要用到实常数。 壳单元是由四面体或四边形来定义的，这只定义了壳的表面积， 要指明壳的厚度，必须用实常数。
维数 -- 2-D (仅有X-Y 平面), or 3-D.
假定的位移形函数 -- 线性及二次
ANSYS有超过150个的单元类型可供选择。对于 如何选取单元类型稍后介绍，现在，请看如何定
应力分析 - 前处理
...网格划分
定义单元类型:
Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete [Add] 添加新单元类型 选择想要的类型(如 SOLID92) 并按 OK键 [Options] 指定附加的单元 选项 或使用 ET 命令: et,1,solid92
...网格划分
先定义好材料类型 的结构树 接着输入单个材料 的性质值 或使用 MP 命令
mp,ex,1,30e6 mp,prxy,1,.3
26
应力分析 - 前处理
河海大学ansys热分析与温度应力
大型结构程序分析
第八章 热分析基础
ANSYS中标准单位 ( 英制 )
• • • • • • • • • 温度 T 热流量 热传导率 K 密度 ρ 比热 c 对流换热系数 hf 热流 q* 温度梯度 内部热生成 q • • • • • • • • • Degrees F BTU / hr BTU / ( hr - inch - degree F ) lbm / ( inch3 ) BTU / ( lbm - degree F ) BTU / ( hr - inch2 - degree F ) BTU / ( hr - inch2 ) degree F / inch BTU / ( hr - inch3 )
大型结构程序分析
第八章 热分析基础
求罐与接管的温度分布
Eg2-1.txt
大型结构程序分析
第八章 热分析基础
算例3
一钢铸件及其砂模的横截面尺寸如图所示:
求3个小时后铸钢及砂模的温度分布。
Eg3-1.txt
大型结构程序分析
砂模的热物理性能如下表所示: 单位制 导热系数(KXX) 密度(DENS) 比热(C) Btu/hr.in.oF lbm/in3 Btu/lbm.oF
热应力的产生：
当结构加热或冷却时，会膨胀或收缩； 若变形受到限制—如位移约束或反向压力，则结 构内会产生热应力； 另一种情况是结构变形不均匀，如由于不同的材 料属性(不同的热膨胀系数等)。
大型结构程序分析
第八章 热分析基础
热应力分析方法
直接法：
结构应力分析中直接定义节点的温度，节点温度在应力分析 中作为体载荷，而不是节点自由度。
将各时段的位移增量和应力增量累加，即可求得任意时刻位移 值和徐变应力值
8-2传热及温度应力分析ANSYS算例
(13) 定义材料参数 Main Menu → Preprocessor → Material Props → Material Models → Material Models Available: Structural（双击打开子菜单） → Linear（双击） → Elastic （双击）→ Isotropic（双击） → EX： 2.0e5 (弹性模量) ，PRXY：0.3 (泊松比)→ OK →转到Material Models Available: Thermal Expansion（双击） →Secant Coefficient （双击）→ Isotropic（双击） →ALPX：1.2E-5(平均线膨胀系数) → OK →关闭材料 定义菜单（点击菜单的右上角X）
(3) 设置计算类型 Main Menu: Preferences… → select Thermal, steady → OK
(4) 选择单元类型 Main Menu: Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete → Add → Thermal Solid，
【ANSYS 应用实例 2.1】 焊接接头稳态传热过程的数值模拟
如图 2-1 所示，圆形的冷凝管通过法兰接头进行对接。接头的制作方法如下：先把法兰 移动到圆管接头位置，然后沿圆周焊接两道次，把法兰连接到圆管上。用螺栓把两个法兰接 头拉紧，法兰之间压上一块垫片。圆管内的液体温度为 0℃，蒸汽冷凝在圆管的外表面上， 蒸汽温度为 100℃。圆管内表面换热系数为 5000W/m2K，外表面换热系数为 20000 W/m2K。
UNIT2-2
TH-FEA(应用实例-UNIT2)
清华大学 曾攀
(6) 生成几何模型 Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Keypoints → In Active CS → NPT
ansys入门之三(应力分析)
应力分析 - 前处理
16
...网格划分
网格划分的三个步骤:
定义单元属性
指定网格控制 生成网格
单元属性 是网格划分前必须建立的有限单元模型 属性。它们包括:
单元类型 实常数 材料性质
SELF-ASSESSMENT REPORT FOR THE ASSESSMENT OF UNDERGRADUATE TEACHING
面
线
面
线
关键点
关键点
SELF-ASSESSMENT REPORT FOR THE ASSESSMENT OF UNDERGRADUATE TEACHING
应力分析- 前处理
9
...几何模型
既可以在ANSYS中创建实体模型，也可以从其他 软件包中输入实体模型 两种方法的详细情况以后介绍，现在，我们简要 地讨论如何输入一个 IGES 文件和缩放所需的几 何模型 IGES (Initial Graphics Exchange Specification) 是用 来把实体几何模型从一个软件包传递到另一个软 件包的规范
典型方法是用实体模型 模拟几何模型。
以 CAD-类型的数学描述定义结构的几何模型。 可能是实体或表面，这取决于分析对象的模型。
SELF-ASSESSMENT REPORT FOR THE ASSESSMENT OF UNDERGRADUATE TEACHING
应力分析 - 前处理
B. 几何模型
体 由面围成，用来描述实体物体。
面 由线围成，用来描述物体的表面或者块、壳等。 线 由关键点组成，用来描述物体的边。
7
典型的实体模型是由体、面、线和关键点组成的 。
关键点 是三维空间的位置， 用来描述物体的顶点。
Ansys-第36例--热应力分析(间接法)实例—液体管路
第36例热应力分析（间接法）实例一液体管路本例介绍了利用间接法进行热应力计算的方法和步骤：首先进行热分析得到结构节点温度分布，然后把温度作为载荷施加到结构上并进行结构分析。
36.1概述利用间接法计算热应力，首先进行热分析，然后进行结构分析。
热分析可以是瞬态的，也可以是稳态的，需要将热分析求得的节点温度作为体载荷施加到结构上。
当热分析是瞬态的时，需要找到温度梯度最大的时间点，并将该时间点的结构温度场作为体载荷施加到结构上。
由于•间接法可以使用所有热分析和结构分析的功能，所以对「•大多数情况都推荐使用该方法。
间接法进行热应力计算的主要步骤如下。
热分析瞬态热分析的过程在前例已经介绍过，下面介绍稳态热分析。
稳态热分析用于研究稳定的热载荷对结构的影响，有时还用于瞬态热分析时计算初始温度场。
稳态热分析主要步骤如bo1.建模稳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。
但需注意的是：稳态热分析必须定义材料的导热系数。
2.施加载荷和求解⑴指定分析类型。
Main Menu-*Solution-*Analysis Type~*New Analysis,选择Static.⑵施加载荷。
nJ■以施加的载荷有恒定的温度、热流率、对流、热流密度、生热率，Main Menu-*Solution-*Define Loadsf Apply—Thermal.（3）设置载荷步选项。
普通选项包括时间〔用于定义载荷步和子步）、每一载荷步的子步数，以及阶跃选项等，Main Menu-*Solution-*Load Step Opts—k Time/Frequenc->Time->Time Step.非线性选项包括:一迭代次数（默认25）, Main Menu-*Solution-*Load Step Opts-* Nonlinear-* Equilibrium Iter;翻开自动时间步长，Main Menu-*Solution-* Load Step Opts —Time/Frequenc—Time—Time Step 等.图36-11转换单元类型对话框设定单元轴对称选项拾取菜单Main Menu —Preprocessor—Element Type —Add/Edit/Delete 弹出“ElementTypes”对话框，单击其“Options”按钮，弹出如图36-12所示的对话框，选择“K3”下拉列表框为“Axisymmetric",单击“0K"按钮，然后单击"Element Types M对话框的“Close"按钮。
应力分析ansys
1、建立模型1.1创建关键点：1.1.1 Preprocesser/creat/modeling/keypoints/in active cs ，输入坐标（0,0）/apply。
在输入坐标。
在输入坐标（3,0）（6,0）（1.6，-1）（4.6,-1）。
1.1.2 Preprocesser/creat/modeling/lines/lines/straight line以此连接各点。
1.2设置单元类型Preprocesser/element type /add edit delete,设置单元类型为pipe/Elast straight 161.3定义实常数 Preprocesser/real constant /add edit delete,在选择add ，type1 pipe 16.如下输入数据内径0.08,壁厚0.01。
1.4定义材料属性。
Preprocesser/material props/material model，在选择structure/liner/elastic/isotonic定义ex=20000，prxy=0.32 网格划分2.1 智能网格划分，Preprocesser/meshing/meshtool，在弹窗smart size勾选，在选择2处。
3.求解3.1 定义约束：Solution /Define Loads /Apply /Structural/Displacement/on keypoint，选择左右两个端点。
在如下窗口中选择all dof。
3.2 定义荷载3．2.1 定义稳态，solution/analysis type/new analysis，再再弹窗中选择transient/ok,在弹窗中选择full。
3.2.2定义第一个载荷步3.2.2.1 加载集中力:Solution /Define Loads /Apply /Pressure/On Line,选择中间的点。
ANSYS热应力分析实例教学教材
热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。
管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为1.25Btu/hr-in-oF，弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。
管内压力为1000 lb/in2，管内流体温度为450 oF，对流系数为1 Btu/hr-in2-oF,外界流体温度为70 oF，对流系数为0.25 Btu/hr-in2-oF。
求温度及应力分布。
7.3.2菜单操作过程7.3.2.1设置分析标题1、选择“Utility Menu>File>Change Title”，输入Indirect thermal-stress Analysis of a cooling fin。
2、选择“Utility Menu>File>Change Filename”，输入PIPE_FIN。
7.3.2.2进入热分析，定义热单元和热材料属性1、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，选择PLANE55，设定单元选项为轴对称。
2、设定导热系数：选择“Main Menu>Preprocessor>Material Porps>Ma terial Models”，点击Thermal，Conductivity，Isotropic，输入1.25。
7.3.2.3创建模型1、创建八个关键点，选择“Main Menu>Preprocessor>Creat>Keypoints>On Active CS”，关键点的坐标如下：3、设定单元尺寸，并划分网格：“Main Menu>Preprocessor>Meshtool”，设定global size为0.125，选择AREA，Mapped，Mesh，点击Pick all。
7.3.2.4施加荷载1、选择“Utility Menu>Select>Entities>Nodes>By location>X coordinates，From Full”，输入5，点击OK，选择管内壁节点；2、在管内壁节点上施加对流边界条件：选择“MainMenu>Solution>Apply>Convection>On nodes”，点击Pick，all，输入对流换热系数1，流体环境温度450。
ANSYS基础教程-应力分析
·网格划分的三个步骤: – 定义单元属性 – 指定网格控制 – 生成网格 ·单元属性是网格划分前必须建立的有限单元模型属性。它们包括: – 单元类型 – 实常数 – 材料性质
请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！
单元类型 ·单元类型是一个重要的选项，该选项决定如下的单元特性: – 自由度(DOF)设置. 例如，一个热单元类型有一个自由度：TEMP，而一个结构单元 类型可能有 6 个自由度： UX, UY, UZ, ROTX, ROTY,ROTZ. – 单元形状-- 块,四面体, 四边形,三角形等 – 维数-- 2-D (仅有 X-Y 平面), or 3-D. – 假定的位移形函数-- 线性及二次 ·ANSYS 有超过 150 个的单元类型可供选择。对于如何选取单元类型稍后介绍，现在， 请看如何定义单元类型。 ·定义单元类型: –Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete ◆[Add]添加新单元类型 ◆选择想要的类型(如 SOLID92) 并按 OK 键 ◆[Options]指定附加的单元选项 –或使用 ET 命令: ◆et,1,solid92
·当你需要把几何模型的单位转换成另一套单位，比如说，从英寸到毫米，比例缩 放就显得十分必要。
·在 ANSYS 中缩放模型: –首先保存数据库--Toolbar > SAVE_DB 或使用 SAVE 命令。
请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！
–接着 Main Menu > Preprocessor > Operate > Scale > Volumes (在模型上选择 相应的实体部分)
·既可以在 ANSYS 中创建实体模型，也可以从其他软件包中输入实体模型 ·两种方法的详细情况以后介绍，现在，我们简要地讨论如何输入一个 IGES 文件 和缩放所需的几何模型 ·IGES (Initial Graphics Exchange Specification) 是用来把实体几何模型从一 个软件包传递到另一个软件包的规范 –IGES 文件是 ASCII 码文件, 很容易在两个计算机系统间传递。 –许多软件包,包括 ANSYS 在内, 允许读写 IGES 文件。 ·输入 IGES 文件到 ANSYS 中: – Utility Menu > File > Import > IGES... ◆在弹出的对话框中，选择 No defeaturing *(缺省值) ，按下 OK (默认其他选项)。 ◆在第二个对话框中选择想要的文件并点击 OK.
ANSYS热应力分析实例解析
23
双击“Thermal Expansion、Secant Coefficient、Isotropic”。
24
输入热膨胀系数为15e-6，参考温度20。
25
施加载荷
1.施加温度载荷。 Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Structural>Temperature>From Therm Analy
3
重点学习内容
1.间接法热应力分析步骤。 2.掌握平面应变的解决方案。 3.掌握对称结构分析方案。 4. 掌握稳态温度场计算方法。
4
更改文件名
更改文件名：Utility Menu> File> Change Jobname
5
选择单元
选择55号单元
Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete
6
设置材料属性
1.给定材料的导热系数40W/(m·℃) 。
Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models
7
建立实体模型（国际单位制）
1. 创建矩形A1：x1,y1(0,0)、x2,y2(0.01,0.07) MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>By Dimensions 2. 创建矩形A2：x1,y1(0,0.05)、x2,y2(0.08,0.07) 3.显示面的编号 Utility Menu>PlotCtrls>Numbering 4. 对面A1和A2进行overlap操作 Main Menu>Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans> Overlap>Areas