ANSYS热分析-表面效应单元
ANSYS热分析详解解析
A N S Y S热分析详解解析-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN第一章简介一、热分析的目的热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。
热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。
二、ANSYS的热分析在ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Thermal、ANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五种产品中包含热分析功能,其中ANSYS/FLOTRAN不含相变热分析。
ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其它热物理参数。
ANSYS热分析包括热传导、热对流及热辐射三种热传递方式。
此外，还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。
三、ANSYS 热分析分类稳态传热：系统的温度场不随时间变化瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化四、耦合分析热－结构耦合热－流体耦合热－电耦合热－磁耦合热－电－磁－结构耦合等第二章基础知识一、符号与单位W/m 2-℃二、传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律:●对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出〕PE KE U W Q ∆+∆+∆=-式中: Q —— 热量;W —— 作功;∆U ——系统内能; ∆KE ——系统动能； ∆PE ——系统势能；● 对于大多数工程传热问题：0＝＝PE KE ∆∆； ● 通常考虑没有做功：0=W , 则：U Q ∆=；●对于稳态热分析：0=∆=U Q ，即流入系统的热量等于流出的热量； ●对于瞬态热分析：dtdUq =，即流入或流出的热传递速率q 等于系统内能的变化。
三、热传递的方式1、热传导热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。
热传导遵循付里叶定律：dxdT kq -=''，式中''q 为热流密度（W/m 2），k 为导热系数（W/m-℃），“-”表示热量流向温度降低的方向。
ANSYS命令流学习笔记18-表面效应单元
! ANSYS命令流学习笔记18-表面效应单元surface effect !学习重点：!1 表面载荷的施加当施加表面载荷时，在WorkBench中可以很方便地施加。
但其本质也是借助表面效应单元来完成的。
譬如当实体结构表面施加沿切向或者任何方向的均布载荷（甚至不均布?）时，都可以使用表面效应单元。
!2 表面效应单元的建立表面单元，意思就是要依附于现有单元的表面，利用现有节点形成单元，因此单元增加，而节点不增加。
单元通过制定坐标系方向等，施加不同方向的载荷。
!3 表面效应单元的典型应用目前可以使用的表面效应单元：对二维问题：SURF151和SURF153；对三维问题：SURF152和SURF154。
151和152为热表面效应单元，153和154为结构表面效应单元。
表面单元可以很好用，如下例子中的通过表面施加扭矩；总之就是定义与表面成各种方向力的载荷。
在热流问题也有广泛应用。
!问题描述! 在workbench中可以轻松实现其定义，根据图示边界条件，得出位移结果如右图。
这里把此问题转到APDL里运行。
并再熟悉一下接触设定。
（案例参考ansys官方教程，有点不同）!APDL命令：finish/clear/title,surf effect~parain,'2s','x_t' !导入当前路径下的2s.x_t文件，包括所有体面线。
实在不想在APDL 里建模了，这是在SCDM中建模导出的文件。
/facet,normal/replot !单位m、Pa!!!以上导入x_t模型et,1,solid185r,2real,2et,2,surf154mp,ex,1,2.1e11mp,prxy,1,0.3 !定义材料1为结构钢mshape,0,3Dmshkey,2esize,0.0005 !网格无关分析之后，选择该尺寸，因为接触存在，网格需要细分vsweep,all !划分网格!!!以上定义材料及划分网格!复习下接触，而且规则形状分开，方便简单划分网格r,3mat,1real,3et,3,targe170et,4,conta174keyopt,4,12,5 !bonded约束vsel,s,loc,z,0.04,0.05asel,s,loc,z,0.04type,3nsla,s,1esln,s,0esurf !根据线创建target170allselvsel,s,loc,z,0,0.04asel,s,loc,z,0.04type,4nsla,s,1esln,s,0esurf !根据线创建contact174!!!以上建立两个体之间的绑定接触!建立surf154单元，为3D面单元csys,1allselasel,s,loc,x,0.015 !切换到圆柱坐标系，方便选择圆周上节点nsla,s,1mat,1real,2type,2esurf!!!以上根据节点，生产surf154单元csys,0local,100,1,0,0,0esel,s,type, ,2emodify,all,esys,100allsel!!!以上建立局部圆柱坐标系，并将此坐标系定义为surf单元的单元坐标系finish/soluesel,s,type, ,2sfe,all,2,pres,,10e6 !施加面压力allselnsel,s,loc,z,0d,all,all !约束底面!!!以上施加边界条件allselsolve !计算finish!!!进入后处理/post1plnsol,u,sumplnsol,s,eqvfinish/eof。
ANSYS热分析简介1
ANSYS热分析简介1⽬录1. ANSYS热分析简介1. ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡⽅程，⽤有限元的⽅法计算各节点的温度，并导出其他物理参数。
2. ANSYS热分析包括热传导、热对流和热辐射三种热传递⽅式，此外还可以分析相变、有内热源、接触热阻等问题。
3. ANSYS中耦合场的分析种类有热-结构耦合、热-流体耦合、热-电耦合、热-磁耦合、热-电-磁-结构耦合等。
4. 对于不同的零件，之间可以采⽤GLUE进⾏粘接，或者采⽤Overlap等⽅法，也可以建⽴接触。
1.1 传导传导：两个良好接触的物体之间的能量交换或⼀个物体内由于温度梯度引起的内部能量交换。
对流：在物体和周围介质之间发⽣的热交换。
由温差存在⽽引起的热量交换，可以分为⾃然对流和强对流。
对流⼀般作为⾯边界条件施加。
热对流⽤⽜顿冷却⽅程来描述。
辐射：⼀个物体或者多个物体之间通过电磁波进⾏能量交换。
热辐射指物体发射电磁能，并被其他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传热介质，⽽热辐射⽆需任何介质，且在真空中的效率最⾼。
可以看出辐射分析是⾼度⾮线性的。
1.2 热载荷分类（1）DOF约束：温度（2）集中载荷：热流（3）⾯载荷：热流，对流（4）体载荷：体积或者区域载荷。
1.2.1 载荷施加序号APDL含义备注1TUNIF施加均匀初始温度2IC施加⾮均匀的初始温度1.3 热分析分类1.3.1 稳态热分析如果热能的流动不随时间变化的话，热传递就成为是稳态的。
由于热能流动不随时间变化，系统的温度和热载荷也都不随时间变化。
稳态热平衡满⾜热⼒学第⼀定律。
通常在进⾏瞬态分析前，进⾏稳态分析⽤于确定初始温度分布。
对于稳态传热，⼀般只需要定义导热系数，他可以是恒定的，也可是是随温度变化的。
1.3.2 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他热参数。
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。
ANSYS热分析指南——ANSYS稳态热分析word精品文档59页
ANSYS热分析指南(第三章)第三章稳态热分析3.1稳态传热的定义ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN和ANSYS/Professional这些产品支持稳态热分析。
稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响。
通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定初始温度分布。
也可以在所有瞬态效应消失后，将稳态热分析作为瞬态热分析的最后一步进行分析。
稳态热分析可以计算确定由于不随时间变化的热载荷引起的温度、热梯度、热流率、热流密度等参数。
这些热载荷包括：对流辐射热流率热流密度（单位面积热流）热生成率（单位体积热流）固定温度的边界条件稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的非线性问题。
事实上，大多数材料的热性能都随温度变化，因此在通常情况下，热分析都是非线性的。
当然，如果在分析中考虑辐射，则分析也是非线性的。
3.2热分析的单元ANSYS和ANSYS/Professional中大约有40种单元有助于进行稳态分析。
有关单元的详细描述请参考《ANSYS Element Reference》，该手册以单元编号来讲述单元，第一个单元是LINK1。
单元名采用大写，所有的单元都可用于稳态和瞬态热分析。
其中SOLID70单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流的功能。
这些热分析单元如下：表3-1二维实体单元表3-2三维实体单元表3-3辐射连接单元表3-4传导杆单元表3-5对流连接单元表3-6壳单元表3-7耦合场单元表3-8特殊单元3.3热分析的基本过程ANSYS热分析包含如下三个主要步骤：前处理：建模求解：施加荷载并求解后处理：查看结果以下的内容将讲述如何执行上面的步骤。
首先，对每一步的任务进行总体的介绍，然后通过一个管接处的稳态热分析的实例来引导读者如何按照GUI路径逐步完成一个稳态热分析。
最后，本章提供了该实例等效的命令流文件。
ANSYS表面效应单元线加载
本例主要说明如何使用表面效应线单元SURF156 来定义线段上的分布载荷。
所使用的几何模型是一个长方体20*40*200，准备在长方体右端上方线段上施加分布载荷，如下图所示：为采用MAP方式划分网格，定义单元类型SOLID45：命令：ET，SOLID45为施加线分布载荷，定义单元类型Surf156：命令：ET，SURF156设置表面效应单元 SURF156 的单元选项：压力坐标系用局部坐标系，K5选择No-不用方向节点，其余用默认值。
注意后面需要定义一个局部坐标系。
为定义单元类型Surf156，需要先对线段划分线单元，为此，需先定义单元类型MESH200：命令：ET，MESH200设置不参与求解的单元类型MESH200的单元选项：将MESH200设置为3D，2节点线单元。
定义材料属性：命令： MPTEMP,,,,,,,, $ MPTEMP,1,0MPDATA,EX,1,,201000 $ MPDA TA,PRXY,1,,0.3创建长方体：20*40*200命令：BLC4, , ,20,40,200对长方体划分网格：首先设置单元尺寸为 10。
命令： ESIZE, 10然后选择长方体划分网格：命令：MSHAPE,0,3d $ MSHKEY,1 $ VMESH, 1 $ MSHKEY,0 网格划分结果如下图：由于对长方体划分的是实体网格，为了在线段 6 上生成表面效应单元 SURF156，还必需对线段划分线单元。
首先打开线编号显示：命令： /PNUM, line, on绘制线，可以看到线的编号：使用 mesh200 单元，对线 6 划分线单元。
首先设置默认单元属性为单元类型 3；材料 1：命令： TYPE, 3 $ MA T, 1选择线 6 划分网格：命令： Lmesh, 6再选择线 6 上的 mesh200 单元及节点，步骤是：1 选择线 6：Utility Menu > Select > Line > By Num/Pick >在拾取框中输入 6，回车 > OK2 选择属于线 6 的实体 (KP 点、节点和单元)：Utility Menu > Select > Everything Belowe > Selected Lines然后，点击： Utility Menu > List > Status > Global Status，显示当前选择的实体数：可以看到，当前选择集中只有4 个单元，即线6 上的4 个mesh200 单元，以及属于这些单元的5 个节点。
ansys中的热分析
【转】热-结构耦合分析知识掌握篇2009-05-31 14:09:19 阅读131 评论0 字号：大中小订阅热-结构耦合问题是结构分析中通常遇到的一类耦合分析问题.由于结构温度场的分布不均会引起结构的热应力,或者结构部件在高温环境中工作,材料受到温度的影响会发生性能的改变,这些都是进行结构分析时需要考虑的因素.为此需要先进行相应的热分析,然后在进行结构分析.热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数,如热量的获取或损失,热梯度,热流密度(热通量)等.本章主要介绍在ANSYS中进行稳态,瞬态热分析的基本过程,并讲解如何完整的进行热-结构耦合分析.21.1 热-结构耦合分析简介热-结构耦合分析是指求解温度场对结构中应力,应变和位移等物理量影响的分析类型.对于热-结构耦合分析,在ANSYS中通常采用顺序耦合分析方法,即先进行热分析求得结构的温度场,然后再进行结构分析.且将前面得到的温度场作为体载荷加到结构中,求解结构的应力分布.为此,首先需要了解热分析的基本知识,然后再学习耦合分析方法.21.1.1 热分析基本知识ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程,用有限元法计算各节点的温度,并导出其它热物理参数.ANSYS热分析包括热传导,热对流及热辐射三种热传递方式.此外,还可以分析相变,有内热源,接触热阻等问题.热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换.热对流是指固体的表面和与它周围接触的流体之间,由于温差的存在引起的热量的交换.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.如果系统的净热流率为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+q生成-q流出=0,则系统处于热稳态.在稳态热分析中任一节点的温度不随时间变化.瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程.在这个过程中系统的温度,热流率,热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化.ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种:温度,热流率,热流密度,对流,辐射,绝热,生热.热分析涉及到的单元有大约40种,其中纯粹用于热分析的有14种,它们如表21.1所示.表21.1 热分析单元列表单元类型名称说明线性LINK32LINK33LINK34LINK31两维二节点热传导单元三维二节点热传导单元二节点热对流单元二节点热辐射单元二维实体PLANE55PLANE77PLANE35PLANE75PLANE78四节点四边形单元八节点四边形单元三节点三角形单元四节点轴对称单元八节点轴对称单元三维实体SOLID87SOLID70SOLID90六节点四面体单元八节点六面体单元二十节点六面体单元壳SHELL57 四节点四边形壳单元点MASS71 节点质量单元21.1.2 耦合分析在ANSYS中能够进行的热耦合分析有:热-结构耦合,热-流体耦合,热-电耦合,热-磁耦合,热-电-磁-结构耦合等,因为本书主要讲解结构实例分析,所以着重讲解热-结构耦合分析.在ANSYS中通常可以用两种方法来进行耦合分析,一种是顺序耦合方法,另一种是直接耦合方法.顺序耦合方法包括两个或多个按一定顺序排列的分析,每一种属于某一物理分析.通过将前一个分析的结果作为载荷施加到下一个分析中的方式进行耦合.典型的例子就是热-应力顺利耦合分析,热分析中得到节点温度作为"体载荷"施加到随后的结构分析中去.直接耦合方法,只包含一个分析,它使用包含多场自由度的耦合单元.通过计算包含所需物理量的单元矩阵或载荷向量矩阵或载荷向量的方式进行耦合.典型的例子是使用了SOLID45,PLANE13或SOLID98单元的压电分析.进行顺序耦合场分析可以使用间接法和物理环境法.对于间接法,使用不同的数据库和结果文件,每个数据库包含合适的实体模型,单元,载荷等.可以把一个结果文件读入到另一个数据库中,但单元和节点数量编号在数据库和结果文件中必须是相同的.物理环境方法整个模型使用一个数据库.数据库中必须包含所有的物理分析所需的节点和单元.对于每个单元或实体模型图元,必须定义一套属性编号, 包括单元类型号,材料编号,实常数编号及单元坐标编号.所有这些编号在所有物理分析中是不变的.但在每个物理环境中,每个编号对应的实际的属性是不同的.对于本书要讲解的热-结构耦合分析,通常采用间接法顺序耦合分析,其数据流程如图21.1所示.图21.1 间接法顺序耦合分析数据流程图21.2 稳态热分析稳态传热用于分析稳定的热载荷对系统或部件的影响.通常在进行瞬态热分析以前,需要进行稳态热分析来确定初始温度分布.稳态热分析可以通过有限元计算确定由于稳定的热载荷引起的温度,热梯度,热流率,热流密度等参数.ANSYS稳态热分析可分为三个步骤:前处理:建模求解:施加载荷计算后处理:查看结果21.2.1建模稳态热分析的模型和前面的结构分析模型建立过程基本相同.不同的就是需要在菜单过虑对话框中将分析类型指定为热分析,这样才能使菜单选项为热分析选项,单元类型也为热分析的单元类型,另外在材料定义时需要定义相应的热性能参数,下面为大概操作步骤.1.确定jobname,title,unit;2.进入PREP7前处理,定义单元类型,设定单元选项;3.定义单元实常数;4.定义材料热性能参数,对于稳态传热,一般只需定义导热系数,它可以是恒定的,也可以随温度变化;5.创建几何模型并划分网格,请参阅结构分析的建模步骤.21.2.2施加载荷计算热分析跟前面讲解的结构分析相比,区别在于指定的载荷为温度边条.通常可施加的温度载荷有恒定的温度,热流率,对流,热流密度和生热率五种.另外在分析选项中也包含非线性选项,结果输出选项等需要根据情况进行设置.1.定义分析类型(1) 如果进行新的热分析,则使用下面命令或菜单路径:COMMAND:ANTYPE, STATIC, NEWGUI: Main menu | Solution | -Analysis Type- | New Analysis | Steady-state (2) 如果继续上一次分析,比如增加边界条件等,则需要进行重启动功能: COMMAND: ANTYPE, STATIC, RESTGUI: Main menu | Solution | Analysis Type- | Restart2.施加载荷可以直接在实体模型或单元模型上施加五种载荷(边界条件) .(1) 恒定的温度: 通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上.COMMAND: DGUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Temperature(2)热流率: 热流率作为节点集中载荷,主要用于线单元模型中(通常线单元模型不能施加对流或热流密度载荷),如果输入的值为正,代表热流流入节点,即单元获取热量.如果温度与热流率同时施加在一节点上,则ANSYS读取温度值进行计算.注意:如果在实体单元的某一节点上施加热流率,则此节点周围的单元要密一些,在两种导热系数差别很大的两个单元的公共节点上施加热流率时,尤其要注意.此外,尽可能使用热生成或热流密度边界条件,这样结果会更精确些.COMMAND: FGUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Heat Flow(3) 对流:对流边界条件作为面载施加于实体的外表面,计算与流体的热交换.它仅可施加于实体和壳模型上,对于线模型,可以通过对流线单元LINK34考虑对流.COMMAND: SFGUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Convection(4) 热流密度:热流密度也是一种面载荷.当通过单位面积的热流率已知或通过FLOTRAN CFD计算得到时,可以在模型相应的外表面施加热流密度.如果输入的值为正,代表热流流入单元.热流密度也仅适用于实体和壳单元.热流密度与对流可以施加在同一外表面,但ANSYS仅读取最后施加的面载荷进行计算. COMMAND: FGUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Heat Flux(5) 生热率:生热率作为体载施加于单元上,可以模拟化学反应生热或电流生热.它的单位是单位体积的热流率.COMMAND: BFGUI:Main Menu | Solution | -Loads-Apply | -Thermal-Heat Generat3.确定载荷步选项对于一个热分析,可以确定普通选项,非线性选项以及输出控制.热分析的载荷不选项和结构静力分析中的载荷步相同,读者可以参阅本书结构静力分析部分的相关内容或基本分析过程中关于载荷步选项的内容.这里就不再详细讲解了.4.确定分析选项在这一步需要选择求解器,并确定绝对零度.在进行热辐射分析时,要将目前的温度值换算为绝对温度.如果使用的温度单位是摄氏度,此值应设定为273;如果使用的是华氏度,则为460.Command: TOFFSTGUI: Main Menu | Solution | Analysis Options5.求解在完成了相应的热分析选项设定之后,便可以对问题进行求解了.Command: SOLVEGUI: Main Menu | Solution | Current LS21.2.3后处理ANSYS将热分析的结果写入*.rth文件中,它包含如下数据信息:(1) 基本数据:节点温度(2) 导出数据:节点及单元的热流密度节点及单元的热梯度单元热流率节点的反作用热流率其它对于稳态热分析,可以使用POST1进行后处理.关于后处理的完整描述,可参阅本书第四章中关于利用通用后处理器进行结果观察分析的讲解.下面是几个关键操作的命令和菜单路径.1.进入POST1后,读入载荷步和子步:COMMAND: SETGUI: Main Menu | General Postproc | -Read Results-By Load Step2.在热分析中可以通过如下三种方式查看结果:彩色云图显示COMMAND: PLNSOL, PLESOL, PLETAB等GUI: Main Menu | General Postproc | Plot Results | Nodal Solu, Element Solu, Elem Table矢量图显示COMMAND: PLVECTGUI: Main Menu | General Postproc | Plot Results | Pre-defined or Userdefined列表显示COMMNAD: PRNSOL, PRESOL, PRRSOL等GUI: Main Menu | General Postproc | List Results | Nodal Solu, Element Solu, ReactionSolu21.3瞬态传热分析瞬态热分析用于计算一个系统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.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,首先必须将载荷～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21.2 瞬态热分析载荷-时间曲线对于每一个载荷步,必须定义载荷值荷对应的时间值,同时必须指定载荷步的施加方式为渐变或阶越.21.3.1建模一般瞬态热分析中,定义材料性能时要定义导热系数,密度及比热,其余建模过程与稳态热分析类似,这里就不再赘述.21.3.2加载求解和其它ANSYS中进行的分析一样,瞬态热分析进行加载求解时同样需要完成如下的工作.包括定义分析类型,定义初始条件,施加载荷,指定载荷步选项,指定结果输出选项以及最后进行求解.1. 定义分析类型指定分析类型为瞬态分析,通用可以进行新的分析或进行重启动分析.2.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: TUNIFGUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Settings | Uniform Temp如果不在对话框中输入数据,则默认为参考温度.参考温度的值默认为零,但可通过如下方法设定参考温度:Command: TREFGUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Settings | Reference Temp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)其作用不同.Command: DGUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Apply | -Thermal- | Temperature | On Nodes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: DDELEGUI: Main Menu | Solution | -Loads- | Delete | -Thermal-Temperature | On Nodes (2) 设定非均匀的初始温度在瞬态热分析中,用下面的命令或菜单路径可以将节点温度设定为不同的值. Command: ICGUI: Main Menu | Solution | Loads | Apply | -Initial Condit'n | Define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, OFFGUI: Main Menu | Preprocessor | Loads | -Load Step Opts-Time/Frequenc | Time Integration设定一个只有一个子步的,时间很小的载荷步(例如0.001):Command: TIMEGUI: Main Menu | Preprocessor | Loads | -Load Step Opts-Time/Frequenc | Time and Substps写入载荷步文件:Command: LSWRITEGUI: Main Menu | Preprocessor | Loads | Write LS File或先求解:Command: SOLVEGUI: 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.3.设定载荷步选项进行瞬态热分析需要指定的载荷步选项和进行瞬态结构分析相同,主要有普通选项,非线性选项和输出控制选项.(1) 普通选项时间:本选项设定每一载荷步结束时的时间.Command: TIMEGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts-Time/Frequenc | Time and Substps 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=δα24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(αρ=kc).Command: NSUBST or DELTIMGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time and Substps 如果载荷值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.可以下面命令或菜单路径来实现.Command: KBCGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time and Substps (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.如果分析的问题不容易收敛,可以通过下面的命令来指定迭代次数.Command: NEQITGUI: Main Menu | Solution | -Load step opts | Nonlinear | Equilibrium Iter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: AUTOTSGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time and Substps 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: TIM(1) INTGUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Time/Frequenc | Time Integration GUI: Main Menu | Solution | -Load Step Opts- | Output Ctrls | DB/Results File4.在定义完所有求解分析选项后,进行结果求解.21.3.3 结果后处理对于瞬态热分析,ANSYS提供两种后处理方式.通用后处理器POST1,可以对整个模型在某一载荷步(时间点)的结果进行后处理;Command: POST1GUI: Main Menu | General Postproc.时间-历程后处理器POST26,可以对模型中特定点在所有载荷步(整个瞬态过程)的结果进行后处理.Command: POST26GUI: Main Menu | TimeHist Postproc1.用POST1进行后处理进入POST1后,可以读出某一时间点的结果.Command: SETGUI: 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.2,用POST26进行后处理首先,要定义变量.Command: NSOL or ESOL or RFORCEGUI: Main Menu | TimeHist Postproc | Define Variables然后,就可以绘制这些变量随时间变化的曲线.Command: PLVARGUI: Main Menu | TimeHist Postproc | Graph Variables或列表输出Command: PRVARGUI: Main Menu | TimeHist Postproc | List Variables21.4 热-结构耦合分析前面讲了热-结构耦合分析是一种间接法顺序耦合分析的典型例子.其主要分三步完成:1.进行热分析,求得结构的的温度场;2.将模型中的单元转变为对应的结构分析单元,并将第一步求得的热分析结构当作体载荷施加到节点上;3.定义其余结构分析需要的选项, 并进行结构分析.前面已经介绍了如何单独进行热分析和结构分析,下面介绍如何转换模型并将第一步求解的结果施加到节点上.1.完成必要的热分析,并进行相应的后处理,对结果进行查看分析.2.重新进入前处理器,并指定新的分析范畴为结构分析.选择菜单路径Main Menu | Preference ,在弹出的对话框中选择"Strutural"选项,使所有菜单变为结构分析的选项.3.进行单元转换.选择菜单路径Main Menu | Preprocessor | Element Type | Switch ElemType,将弹出Swithch Elem Type (转换单元类型)对话框,如图21.3所示.图21.3 转换单元类型对话框4.在对话框中的Change element type (改变单元类型)下拉框中选择"Thermal to Struc", 然后单击关闭对话框,ANSYS程序将会自动将模型中的热单元转换为对应的结构单元类型.5.定义材料的性能参数.跟通常的结构分析不同的是,除了定义进行结构静力分析需要的材料弹性模量,密度,或强化准则的定义之外.在热-结构耦合分析的第二个分析中,还需要定义材料的热膨胀系数,而且材料性能应该随温度变化的.6.将第一次分析得到的温度结果施加到结构分析模型上.选取菜单路径Main Menu | Solution | Define Loads | Apply | Structural | Temperature | From Therm Analy,将弹出ApplyTEMP from Themal Analysis (从已进行的热分析结果中施加温度载荷)对话框,如图21.4所示.单击对话框中的按钮,选择前面热分析的结果文件*.rth,作为结构分析的热载荷加到节点上.图21.4从已进行的热分析结果中施加温度载荷对话框7.定义其它结构分析的载荷步选项和求解分析选项,并进行结构分析求解.8.进行结果后处理,观察分析所求得的结果.盛年不重来，一日难再晨。
ANSYS表面效应单元
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10.把 “切向X压力”符号改为箭头: – Utility Menu > PlotCtrls > Symbols …
10
11.选择 everything 并画出单元: – Utility Menu > Select > Everything – Utility Menu > Plot > Elements 12.约束1号面上的全部自由度(螺栓底面 Z=0): – Main Menu > Preprocessor > Loads > -Loads- Apply > Structural- Displacement > On Areas +
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7. 把SURF154单元的单元坐标(ESYS)改变为11: – Main Menu > Preprocessor > -Modeling- Move / Modify > Elements- Modify Attrib + – Utility Menu > List > Elements > Nodes + Attributes – Utility Menu > Plot > Elements
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15.画位移 UY: – Main Menu > General Postproc > Plot Results > -Contour PlotNodal Solu ... 16.存储并退出 ANSYS: – Pick the “QUIT” button in the Toolbar
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7. 建立名为 “e_surf”的所有第2类单元的组件: – Utiltity Menu > Select > Comp/Assembly > Create Component ... 8. 关闭单元坐标系: – Utility Menu > PlotCtrls > Symbols …
【转】ANSYS热分析指南（第六章）
【转】ANSYS热分析指南（第六章）第六章热辐射分析6.1热辐射的定义热辐射是一种通过电磁波传递热能的方式。
电磁波以光的速度进行传递，而能量传递与辐射物体之间的介质无关。
热辐射只在电磁波的频谱中占小部分的带宽。
由于辐射产生的热流与物体表面的绝对温度的四次方成正比，因此热辐射有限元分析是高度非线性的。
物体表面的辐射遵循Stefan-Boltzmann定律：式中：—物体表面的绝对温度；—Stefan-Boltzmann常数，英制为0.119×10-10 BTU/hr-in-R，公制为5.67×10-86.2基本概念下面是对辐射分析中用到的一些术语的定义：黑体黑体被定义为在任意温度下，吸收并发射最大的辐射能的物体；通常的物体为“灰体”，即ε< 1；在某些情况下，辐射率（黑度）随温度变化；辐射率（黑度）物体表面的辐射率（黑度）定义为物体表面辐射的热量与黑体在同一表面辐射热量之比。
式中：－辐射率（黑度）－物体表面辐射热量－黑体在同一表面辐射热量形状系数形状系数用于计算两个面之间的辐射热交换，在ANSYS中，可以用隐藏/非隐藏的方法计算2维和三维问题，或者用半立方的方法来计算3维问题。
表面I与表面J之间的形状系数为：形状系数是关于表面面积、面的取向及面间距离的函数；由于能量守恒，所以：根据相互原理：由辐射矩阵计算的形状系数为：式中：－单元法向与单元I,J连线的角度－单元I,J重心的距离有限单元模型的表面被处理为单元面积dA I及dA J，然后进行数字积分。
辐射对在辐射问题中，辐射对由一些相互之间存在辐射的面组成，可以是开放的或是闭合的。
在ANSYS中，可以定义多个辐射对，它们相互之间也可以存在辐射ANSYS使用辐射对来计算一个辐射对中各面间的形状系数；每一个开放的辐射对都可以定义自己的环境温度，或是向周围环境辐射的空间节点。
Radiosity 求解器当所有面上的温度已知时，Radiosity 求解器方法通过计算每一个面上的辐射热流来得到辐射体之间的热交换。
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5.4表面Байду номын сангаас应单元的实常数
使用表面效应单元施加对流或热流密度边界条件，一般不需要定义实常数。面内厚度在表面效应单元的每个角节点默认为1。只有当生热载荷施加于表面效应单元时，厚度才有作用，因为生热基于单元体积。其它实常数，在辐射热分析或结构分析时设置。
5.5表面效应单元的材料属性
根据固体表面与流体温差｜TB-TS｜，计算对流系数：Keyopt(8)=5
是否考虑辐射，选择Exclude radiation：
Keyopt(9)=
设置单元行为：
Plane：Keyopt(8)=4
Axisymmetric：Keyopt(8)=4
Plane with thickness：Keyopt(8)=4
分析设置选项：
中间节点：
Include： keyopt(4)=0
Exclude：keyopt(4)=1
如果实体单元为带中间节点的单元，如Solid90，则设为Include，否则为Exclude。
是否有孤立节点：
Exclude： Keyopt(5)=0
Include：Keyopt(5)=1
如果在表面效应单元上施加热流密度，则为Exclude；如果在表面效应单元上施加热对流，则可为Exclude，也可为Include。如果有孤立节点，则对流系数施加在表面效应单元上，流体温度施加在孤立节点上。如果无孤立节点，则对流系数和流体温度都施加在表面效应单元上。
热流密度或对流边界条件：
忽略热流密度和对流边界条件：Keyopt(8)=0
施加热流密度，忽略对流：Keyopt(8)=1
根据平均温度（壁面与流体）(TS＋TB)/2，计算对流系数：Keyopt(8)=2
根据固体表面温度TS，计算对流系数：Keyopt(8)=3
根据流体温度TB，计算对流系数：Keyopt(8)=4
GUI：Main>Menu>Preprocessor> Meshing>Mesh Lines/Area
第二种方法：
选择要生成表面效应单元的边（2D）或面（3D）及所属节点；
设定表面效应单元的属性（TYPE，MAT等）；
创建表面效应单元；
GUI：Main>Menu>Preprocessor> Modeling>Create>Element> Surf Effect
SURF152是三维热表面效应单元，可用于多种载荷和表面效应的应用。它可以覆盖在任何三维热单元的表面，该单元可用于三维热分析。该单元中多种载荷和表面效应可以同时存在。详细单元说明请参见《ANSYS Theory Reference》。
选定单元：
命令：ET
GUI： Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete>Options
5.7创建带孤立节点的表面效应单元
如果在表面效应单元选项设置时，带孤立节点，Keyopt(5)=1，则：
创建孤立节点
GUI：Main>Menu>Preprocessor>modeling>create>nodes
选择要创建表面效应单元的面或线，以及所属节点；
设定单元属性；
创建表面效应单元：
GUI：Main>Menu>Preprocessor>modeling>create> Element>on free SURF，输入关键点编号，OK
当对流系数随温度变化时，表面效应单元可提供设置计算对流系数的选项。
表面效应单元还可以用于模拟点与面的辐射传热。
5.3表面效应单元的有关热分析设置选项
SURF151是单元可用于多种载荷和表面效应的应用。可以覆盖在任何二维热实体单元的表面(除轴对称谐波单元PLANE75和PLANE78外)。该单元可用于二维热分析，多种载荷和表面效应可以同时存在。SURF151单元有2到4个节点，如考虑对流传热和辐射的影响需要定义一个外部节点。传热量和热对流量以表面载荷的形式施加在单元上。详细单元说明请参见《ANSYS Theory Reference》。
而表面效应单元的额外节点在FLUID116单元上，这样用管流单元FLUID116上的节点温度作为对流中的流体温度，将对流系数赋予表面效应单元上，模拟流体与管壁的耦合传热。
使用表面效应单元施加对流或热流密度边界条件，一般不需要定义材料属性，但有一例外：对流系数随温度变化时，最好单独设定一材料编号，定义材料的对流系数随温度变化的表。在表面单元上施加对流边界时输入负号及材料编号。例如“-3”。其它材料属性在辐射或结构分析时设置。
5.6创建无孤立节点的表面效应单元
划分实体网格
5.2表面效应单元在热分析中的应用
利用表面效应单元可更加灵活地定义表面热载荷：
当热流密度和热对流边界条件同时施加于同一表面时，必须将其中一个施加于实体单元表面，另一个施加在表面效应单元。建议将热对流边界施加于表面效应单元。
可将热对流边界条件中的流体温度施加于孤立节点上，将对流系数施加于表面单元，这样，可更灵活地控制对流载荷。
5.8管流单元热分析
在ANSYS中有三个用于管流热分析的单元：
FLUID116热管流单元
SURF1512-D热表面单元
SURF1523-D热表面单元
其中FLUID116单元求解一维带泵送效应的泊努利方程和一维带质量传递的热传递，可与SURF151或SURF152连接模拟对流效应。它的压力、流率、温度、角速度、滑移系数可以表格化参数方式输入。主要的单元属性有流体导热系数、流体密度、流体比热、流体粘度、流体流率等。
设定表面效应单元的属性
GUI：Main>Menu>Preprocessor>Meshing Attributes>Default Attribs
一般无需设定表面效应单元的材料编号，但为了选择、加载及后处理方便，最好为每组表面单元设置一个唯一的材料编号。
生成表面单元
第一种方法：直接在相应的线或面上生成网格：
ANSYS热分析指南(第五章)
第五章表面效应单元
5.1简介
表面效应单元类似一层皮肤，覆盖在实体单元的表面。它利用实体表面的节点形成单元。因此，表面效应单元不增加节点数量（孤立节点除外），只增加单元数量。
ANSYS 5.7中热分析专用表面效应单元为SURF151(2-D)以及SRUF152(3-D)。有关单元的详细描述请参阅《ANSYS Element Reference》。