Ansys有限元分析温度场模拟指导书
基于ANSYS活塞有限元温度场的分析与研究
第一章绪论1.1内燃机活塞组有限元研究的背景和意义内燃机是目前世界上应用最广泛的热动力装置，它主要利用燃料燃烧释放出的热能产生有用的机械能做功。
经历了百余年的发展，内燃机领域己经取得了长足的进步。
在现今的社会中，几乎所有的交通工具均以内燃机做其核心的动力源。
回溯整个20世纪，内燃机技术的成熟推动了整个人类社会向前进步，其广泛的应用也造就了这个世纪的繁荣。
随着各种新技术的研究成果应用到发动机设计过程中，以及愈来愈严格的排放法规的现在，发动机正想着高转速，高功率和低油耗的方向发展。
功率的提高必然带来一些负面的影响。
如加重了活塞的热负荷，使得活塞的温度超过活塞材料所能承受的味道，大大降低了活塞磁疗的强度，严重时可能活塞会出现龟裂甚至烧损。
缸内爆发压力增加是活塞和缸体，缸盖承受的接卸符合增大。
可能导致活塞和缸体缸盖因强度不足而产生破坏。
此外压力升高率过大时，会产生敲缸现象，增加发动机的燃烧噪声，当提高发动机的转速以增大发动机的功率时，各个运动部件的惯性力也随着增加，使得活塞销和活塞销座的受力问题更为突出。
缸体对活塞的支撑力也增大。
于是发动机的噪声问题成为整车噪声中的主要问题【21】。
尽管转速的自己可以减少发动机的传热损失，但却同时造成发动机的NOx排放增加，在排放法规要求日益严格的今天，这一问题的得与失显得要慎重考虑。
不仅如此，还会造成摩擦损失的增加。
在满足发动机高功率设计的同时，必须要考虑发动机的温度和强度方面的要求。
发动机是一切动力装置的新章，而作为发动机关键部件的活塞又是重中之重，活塞热负荷和热强度问题的解决常常是提高征集技术水平的关键，直接影响内燃机工作可靠性和耐久性。
为了减少发动机的整机重量和提高功率，中小型柴油机几乎都采用铝合金作为材料，为了减少活塞的传热和热负荷，人们正尝试使用陶瓷作为活塞的材料。
有限元法是当今工程分析中应用最广泛的数值计算方法。
由于它的通用性和有效性，受到工程技术界的高度重视。
《热分析ansys教程》课件
05
热分析优化设计
优化设计的基本概念
01
优化设计是一种通过数学模型和计算机技术，寻找满足特定条 件下的最优设计方案的方法。
02
优化设计的基本概念包括目标函数、设计变量、约束条件和求
解算法等。
热分析优化设计是针对热学问题，通过优化设计来提高产品的
03
热性能和降低能耗。
ANSYS优化设计的步骤
定义设计变量
网格质量检查
对生成的网格进行检查， 确保网格质量良好，没有 出现奇异点或扭曲。
边界条件的设置
确定边界条件
根据分析对象的实际情况，确定合适的边界条件，如温度、热流 率等。
设置边界条件
在ANSYS软件中，将确定的边界条件应用到几何模型上。
验证边界条件
对设置的边界条件进行验证，确保其合理性和准确性。
04
傅里叶定律
热量传递与温度梯度成正比，即热流密度与温度梯度 成正比。
牛顿冷却定律
物体表面与周围介质之间的温差与热流密度成正比。
热力学第一定律
能量守恒定律，表示系统能量的增加等于传入系统的 热量与系统对外界所做的功之和。
热分析的三种基本类型
稳态热分析
系统达到热平衡状态时的温度分布。
瞬态热分析
系统随时间变化的温度分布。
网格划分问题
网格划分不均匀
在某些区域，网格可能过于密集，而 在其他区域则可能过于稀疏，这可能 导致求解精度下降或求解失败。
网格自适应调整问题
在某些情况下，ANSYS可能无法正确 地自适应调整网格，导致求解结果不 准确。
网格划分问题
手动调整网格
手动调整网格密度，确保在关键区域有足够的网格密度。
使用更高级的网格划分工具
ANSYS温度场分析步骤
基于ANSYS12.0的钢板加热过程分析
一．问题描述
2000mm*2000mm*100mm的钢板，初始温度为20℃，放入温度为1120℃的加热炉内加热,已知其换热系数125W/㎡*K，钢板的比热为460J/kg*℃，密度为7850kg/m ³，导热系数为50W/m*K，计算钢板1800s后的温度场分布。
二．问题分析
此问题属于热瞬态分析（载荷随时间变化），选用SOLID70三维六面体单元进行有限元分析。
SOLID70——三维热实体，具有8各节点，每个节点一个温度自由度。
该单元可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题。
三．操作步骤
1.定义分析文件名
Utility Menu>File>Change Jobname，输入Example。
2.定义单元类型
Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete,选择SOLID70三维六面体单元进行有限元分析。
3.定义材料属性
①传导系数
②材料密度
③材料比热
4.建立几何模型
5.设置单元密度
6.划分单元
7.施加对流换热载荷
8.施加初始温度
9.设置求解选项
10.温度偏移量设置
11.输出控制
12.存盘
13.求解
14.显示温度场分布云图
四．总结
本例介绍了应用ANSYS对钢板加热过程进行瞬态热分析的基本步骤，应用此方法可对各种零件加热过程的温度
场分布进行分析。
基于Ansys的永磁同步电机温度场分析
近些年来 ，由于永磁同步电机在工农业 的生产生活中应用越来越广泛 ，关于永磁同步电机的各类 问 题也越来越引起人们的重视 ．由于电机的应用逐渐广泛 ，电机的负载逐渐增大 ，电机运行时的损耗也逐渐 增加 ，导致 电机 内部温升也 同时增大．而过高的温升容易使得电机部件出现过早老化 的现象 ，所以电机 内 部温升是电机设计 中必须考虑 的参数 ．因此 ，电机的发热问题也引起了人们 的重视．但是由于电机内部结 构 复杂 、磁场分 布不 均匀 等 因素 ，使 得人 们对 于 电机 内部 温度 场分 布 的认识 大 多停 留于公 式计 算 出的 电 机 温升 得平 均值 ，而 没有 具体 到 电机 的温 度分 布 规律 ．但 利用 Ａｎｓｙｓ有 限元 分析 软件 ，可 以模 拟 出 电机 内 部温度场的分布情况 ，从而解决这一问题．本文通过Ａｎｓｙｓ软件中的热分析模块 ，对实际电机温度场进行 二维分析 ，得 出温度分布云图，模拟 电机在运行过程 中温度场分布 隋况．
摘要 ：利用Ａｎｓｙｓ￣－ｆ限元分析软件对永磁 同步电机的平面二维模型进行温度场分析 ，将 分析得到的结果与理
论计算结果进行 比较 ，寻找 出一种有效的计算 电机温度场的方法 ．
关键词 ：永磁 同步 电机 ；Ａｎｓｙｓ软件 ；瞬态热分析 ；温度场
中图分类号 ：ＴＭ ３４１
文献标识码 ：Ａ
文章 编号 ：２０９５—２４８１（２０１３）０２．０１３８．０３
第 ２５卷第 ２期 ２０１３年 ５月
宁德师范学院学报（自然科 学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｉｎｇｄｅ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ）
Ｖｏｌ＿２５Ｎｏ．２ Ｍ ａｙ２０１３
基于Ａｎｓｙｓ的永磁 同步电机温度场分析
ansys 求当结构内侧温度为0度而外侧温度为-10度时的变形
ansys 求当结构内侧温度为0度而外侧温度为-10度时的变形1.引言1.1 概述概述本文旨在研究在给定条件下的结构变形问题。
具体而言，我们关注的是当结构内侧温度为0度，而外侧温度为-10度时，结构的变形情况。
为了解决这一问题，我们采用了ANSYS模拟方法。
ANSYS作为一种常用的工程仿真软件，能够对复杂结构进行力学分析，并得出相应的结果。
通过在ANSYS中设置合适的边界条件和材料属性，我们可以模拟不同温度下的结构变形情况。
在本文中，我们首先进行了背景介绍，介绍了该问题的背景和相关研究现状。
然后，我们详细讨论了使用ANSYS进行模拟的方法。
通过分析和讨论模拟结果，我们将得出对结构变形情况的评估和结论。
通过本文的研究，我们希望能够揭示在不同温度条件下结构的变形情况，为相关工程实践提供参考和指导。
同时，我们也期待这项研究能够为进一步探索结构变形领域提供一定的理论和实践基础。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要包括对本篇文章的概述、文章结构和研究目的的介绍。
首先概述研究的背景和意义，说明研究的目的和重要性。
然后介绍文章的结构，即各个章节的内容和逻辑顺序。
最后明确研究的目的，指出本文的研究重点和亮点。
正文部分主要包括背景介绍和ANSYS模拟方法。
在背景介绍章节中，可以从结构分析的角度出发，说明为什么需要对结构内侧温度为0度而外侧温度为-10度时的变形进行研究。
介绍相关的理论知识和前人研究成果，展示研究的基础和现有问题。
在ANSYS模拟方法章节中，详细介绍使用ANSYS软件进行结构分析的步骤和方法。
包括建模、网格划分、边界条件设置等。
同时，可以说明为什么选择ANSYS作为研究工具，以及其在结构分析领域的优势和应用。
结论部分主要包括对结果的分析和结构变形评估。
在结果分析章节中，对模拟结果进行定量或定性的分析，解释温度变化对结构变形的影响。
ANSYS_热分析(两个实例)有限元热分析上机指导书
第四讲 热分析上机指导书CAD/CAM 实验室，USTC实验要求：1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS 进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。
2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS 进行瞬态热分析的基本过程。
内容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a ）的温度场分布及位移和应力分布。
一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。
冷却栅材料为不锈钢，特性如下：导热系数：25.96 W/m ℃弹性模量：1.93×109 MPa热膨胀系数：1.62×10-5 /℃泊松比：0.3边界条件：（1）管内：压力：6.89 MPa流体温度：250 ℃对流系数249.23 W/m 2℃（2）管外：空气温度39℃对流系数：62.3 W/m 2℃假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b 。
其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。
练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1.定义工作文件名及工作标题1)定义工作文件名：GUI: Utility Menu> File> Change Jobname ，在弹出的【Change Jobname 】对话框中输入文件名Pipe_Thermal ，单击OK 按钮。
2)定义工作标题：GUI: Utility Menu> File> Change Title ，在弹出的【Change Title 】对话框中2D Axisymmetrical Pipe Thermal Analysis ，单击OK 按钮。
3)关闭坐标符号的显示：GUI: Utility Menu> PlotCtrls> Window Control> Window Options ，在弹出的【Window Options 】对话框的Location of triad 下拉列表框中选择No Shown 选项，单击OK 按钮。
ANSYS有限元分析——课程PPT课件
文档仅供参考，如有不当之处，请联系本人改正。
12.ANSYS/DesignSpace：该模块是ANSYS的低端产品， 适用与设计工程师在产品概念设计初期对产品进行基 本分析，以检验设计的合理性。其分析功能包括：线 性静力分析、模态分析、基本热分析、基本热力耦合 分析、拓扑优化。其他功能有：CAD模型读取器、自 动生成分析报告、自动生成ANSYS数据库文件、自动 生成ANSYS分析模板。产品详细分类： DesignSpace for MDT DesignSpace for SolidWorks Standalone DesignSpace ： （ 支 持 的 CAD 模 型 有 ： Pro/E 、 UG 、 SAT、Parasoild）
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8. ANSYS/ED：该模块是一个功能完整的设计模拟程序， 它拥有ANSYS隐式产品的全部功能，只是解题规模受 到了限制（目前节点数1000）。该软件可独立运行， 是理想的培训教学软件。
9. ANSYS/LS-DYNA：该程序是一个显示求解软件，可 解决高度非线性结构动力问题。该程序可模拟板料成 形、碰撞分析、涉及大变形的冲击、非线性材料性能 以及多物体接触分析，它可以加入第一类软件包中运 行，也可以单独运行。
有限元分析的基本步骤如下： • 建立求解域并将其离散化有限单元，即将连续问题分
解成节点和单元等个体问题； • 假设代表单元物理行为的形函数，即假设代表单元解
的近似连续函数； • 建立单元方程； • 构造单元整体刚度矩阵； • 施加边界条件、初始条件和载荷； • 求解线性或非线性的微分方程组，得到节点求解结果；
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6. 声学分析 ●定常分析 ●模态分析 ●动力响应分析
Ansys有限元分析温度场模拟指导书
实验名称：温度场有限元分析一、实验目的1. 掌握Ansys分析温度场方法2. 掌握温度场几何模型二、问题描述井式炉炉壁材料由三层组成，最外一层为膨胀珍珠岩，中间为硅藻土砖构成，最里层为轻质耐火黏土砖，井式炉可简化为圆筒，筒内为高温炉气，筒外为室温空气，求内外壁温度及温度分布。
井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。
表1 井式炉炉壁材料的各项参数三、分析过程1. 启动ANSYS，定义标题。
单击Utility Menu→File→Change Title菜单，定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine”2.定义单位制。
在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”，并按Enter 键3. 定义二维热单元。
单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单，选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE554.定义材料参数。
单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic，在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04，单击OK。
6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08，点击Material新建Material Model菜单。
7.建立模型。
单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。
在RAD1文本框中输入0.86，在RAD2文本框中输入0.86-0.065，在THERA1文本框中输入-3，在THERA2文本框中输入3，单击APPL Y按钮。
8.重复第7步，输入RAD1=0.86-0.065，RAD2=0.86-0.245，单击APPL Y；输入RAD1=0.86-0.245，RAD2=0.86-0.36，单击OK。
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实验名称：温度场有限元分析
一、实验目的
1. 掌握Ansys分析温度场方法
2. 掌握温度场几何模型
二、问题描述
井式炉炉壁材料由三层组成，最外一层为膨胀珍珠岩，中间为硅藻土砖构成，最里层为轻质耐火黏土砖，井式炉可简化为圆筒，筒内为高温炉气，筒外为室温空气，求内外壁温度及温度分布。
井式炉炉壁体材料的各项参数见表1。
表1 井式炉炉壁材料的各项参数
三、分析过程
1. 启动ANSYS，定义标题。
单击Utility Menu→File→Change Title菜单，定义分析标题为“Steady-state thermal analysis of submarine”
2.定义单位制。
在命令流窗口中输入“/UNITS, SI”，并按Enter 键
3. 定义二维热单元。
单击Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete 菜单，选择Quad 4node 55定义二维热单元PLANE55
4.定义材料参数。
单击Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models菜单
5. 在右侧列表框中依次单击Thermal→Conductivity→Isotropic，在KXX文本框中输入膨胀珍珠岩的导热系数0.04，单击OK。
6. 重复步骤4和5分别定义硅藻土砖和轻质耐火黏土砖的导热系数为0.159和0.08，点击Material新建Material Model菜单。
7.建立模型。
单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Circle→By Dimensions菜单。
在RAD1文本框中输入0.86，在RAD2文本框中输入0.86-0.065，在THERA1文本框中输入-3，在THERA2文本框中输入3，单击APPL Y按钮。
8.重复第7步，输入RAD1=0.86-0.065，RAD2=0.86-0.245，单击APPL Y；输入RAD1=0.86-0.245，RAD2=0.86-0.36，单击OK。
9. 单击Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Glue →Areas菜单，弹出图形拾取对话框，单击PICK ALL，将所有的面粘在了一起。
10. 单击Main Menu→Preprocessor→Meshing→Size Cntrls→ManualSize →Lines→Picked Lines菜单，弹出图形拾取对话框，在图形视窗中选择膨胀珍珠岩层（右侧面）上下两边，单击OK，输入No. of element divisions=13，单击Apply。
11. 在图形视窗中选择硅藻土砖层（中间面）的上下两边，单击OK，输入No. of element divisions=36，单击Apply；选择轻质耐火黏土砖层（左侧面）的上下两边，单击OK，输入No. of element divisions=23，单击Apply；再选择四条竖直边，单击OK，输入No. of element divisions=10，单击OK。
12. 单击Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh Attributes→Picked Areas菜单，弹出图形拾取对话框，选择膨胀珍珠岩层，单击OK，然后在MA T下拉列表框中选择1，单击APPL Y；接着选择硅藻土砖层，单击OK，然后在MAT下拉列表框中选择2，单击APPL Y；再选择轻质耐火黏土砖层，单击OK，在MA T下拉列表框中选择3，最后单击OK确认。
13. 划分网格。
单击Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Areas→Mapped→3 or 4 sided菜单，弹出图形拾取对话框，单击对话框中的PICK ALL
14. 单击Main Menu→Solution→Define Loads→Apply→Thermal→Convection →On Lines菜单，弹出图形拾取对话框，选择膨胀珍珠岩层的外壁，单击OK。
输入Film coefficient=11.04，Bulk temperature=20，单击OK。
15.重复操作，选择铝层内壁，单击OK，输入Film coefficient=30，Bulk temperature=1000，
单击OK。
16.此例中保持默认的分析选项即可。
单击Main Menu→Solution→Solve →Current LS菜单，
在接着弹出的对话框中单击OK开始计算。
结束后会弹出提示对话框，单击CLOSE关闭即可。
17. 单击Main Menu→General Postproc→Plot Results→Contour Plot→Nodal Solu菜单，选择
温度等值线结果，单击OK。
四、结果讨论
经过有模拟分析最终发现，内壁的最高温度为887.717℃，外壁的最高温度为27.5178℃
五、结论
1. 通过对ANSYS软件的学习和了解，知道了它的一些明显的优点。
相对于其他应用型软件而言，ANSYS作为大型权威性的有限元分析软件，对提高解决问题的能力是一个全面的锻炼过程，是一门相当难学的软件，因而，要学好ANSYS，对我们提出了很高的要求，一方面，需要我们有比较扎实的理论基础，对ANSYS分析结果能有个比较准确的预测和判断，可以说，理论水平的高低在很大程度上决定了ANSYS使用水平；另一方面，需要我们不断摸索出软件的使用经验不断总结以提高解决问题的效率。
2. ANSYS软件是一款在建模等方面非常实用的软件，本次的学习我其实并没有完全熟练地掌握它的应用，以后还要加强对它的学习，相信在以后的学习和工作中会带来巨大的便利。