热结构耦合分析的例子
ABAQUS顺序热力耦合分析实例
ABAQUS顺序热力耦合分析实例此实例中需要确定一个冷却栅管的温度场分布。
温度场的求解采用稳态热分析，在此之后还将进行热应力分析来求出冷却栅管在温度作用下产生的位移和应力分布。
由于冷却栅管比较长，并且是轴对称结构，根据上述特点，可以简化有限元分析模型。
此实例中使用国际单位制。
1、part中创建轴对称可变形壳体，大致尺寸为1，通过creat line创建一个封闭曲线（0.127,0）（0.304,0）（0.304,0.006）（0.152,0.006）（0.152,0.031）（0.127,0.031）（0.127,0）使用creat Fillet功能对模型倒角处设置0.005的倒圆角。
倒角后，模型并未改变，需要在模型树中，part下的Features右键，Regenerate，最终模型如下图所示。
2、在材料模块中定义密度7800，弹性模量1.93E11，泊松比0.3。
所不同的是，热分析还需要指定热传导系数以及比热。
在Thermal里输入参数，热铲刀系数25.96，比热451。
3、创建截面属性以及装备部件，和普通的静力分析设置一样。
4、Step有所不同，分析类型仍为通用分析步，下面要更改为Heat Transfer。
在Edit Step窗口中，使用默认的瞬态分析（Transient），时长设置为3s。
切换到Incrementatin进行相应的设置，如下图。
5、Load模块中，设置左边温度为100度，右边及上边温度为20度。
Creat BC，类型选择Other>Temperature。
在纯粹的热传导分析方程中，没有位移项，因此不会发生刚体位移，这里也就不需要设置位移边界条件。
6、接下来划分网格，种子尺寸给0.005，单元类型需要在单元族中选择专门用来热分析的Heat Transfer，查看下面确保使用的单元为DCAX4。
使用结构化的全四边形网格划分方法。
7、到此，热分析的设置已经完成，可以提交计算，完成后，查看变量NT11即为节点温度。
热-结构耦合分析
热－结构耦合分析1 前言增压器的工作原理是，通过发动机废气推动涡轮叶轮高速旋转，吸收发动机排气的能量，同时带动同轴的压气机叶轮，压缩新鲜空气到发动机气缸内，起到增压的目的。
涡轮叶轮不仅承受着高转速所带来的离心力作用，还要面对发动机所排出的700℃左右的高温，因此涡轮叶轮的可靠性就显得尤为重要。
一般的涡轮叶轮采用镍基高温耐热合金材料，有良好的高温机械性能，但由于其密度大，直接影响增压器的加速性。
采用轻质材料可以大幅度提高增压器瞬态响应性，但材料的高温特性还需要进一步验证。
本文讨论涡轮叶轮采用钛铝合金后，针对试验前期的强度计算、试验结果分析以及试验后再进行的强度验算等情况的变化，进行了分析和总结，同时根据分析结果修改了叶轮设计过程的强度计算方法，进一步提高了设计准确度。
2 涡轮叶轮结构、材料特性和计算边界条件本文研究的涡轮叶轮为向心混流式叶轮，叶轮最大直径为136.2mm，叶片由12 片组成，整个叶轮重量在采用了钛铝合金材料后，由原来的2.4 公斤减为1.15 公斤。
该材料密度为3.9g/cm3，常温下屈服强度σp0.2＝452MPa，抗拉强度σb＝533Mpa，随温度变化趋势图见图1，材料性能如表1 所示。
图1 钛铝材料抗拉强度、屈服强度趋势图表1 TiAl 涡轮叶轮材料性能为了降低计算规模，根据涡轮叶轮旋转对称结构的特点，在计算过程中取叶轮的1/12 模型，设置周期性边界进行计算、分析。
网格选用8 节点六面体实体单元SOLID45，在叶片的圆角处进行了网格细化，同时根据实际情况定义了位移约束。
3 试验结果分析涡轮叶轮采用钛铝合金材料后，为验证其可靠性，进行了超速破坏试验，当增压器转速达到90000 转/分钟后，涡轮叶轮发生断裂，如图2 所示。
经初步分析，叶轮可能是从轮背与轴的交界处开始断裂的，断裂位置如图3 所示。
图2 TiAl 涡轮叶轮破坏情况图3 TiAl 涡轮叶轮断裂位置试验结果和前期设计过程中叶轮静强度计算结果对比发现，叶片最大应力集中的区域，并不在试验样件断裂的位置，最大应力集中区域为图4 标识区域中叶片根部，为605.259MPa，实际断裂位置为470.962MPa。
高速列车齿轮箱箱体热-结构耦合分析
科学技术创新2021.12部位 Bear1 Bear2 Bear3 Bear4 Bear5 Fr （N ）12955 9122 8475 5478 0 Fa （N ）38043804表1各轴承受力大小近年来，我国高速铁路发展迅速，运营里程达世界之最。
齿轮箱是高速列车的关键部件，其可靠性将直接影响到列车的运行安全性[1-2]。
高铁齿轮箱体设计要求：（1）承担动力传递过程中作用在箱体上的载荷，要有较高的强度；（2）工作过程中箱体变形小、刚度大，并能实现齿轮与轴承的润滑要求。
箱体的结构特点：在箱体顶部、侧面及两端之外的表面均设有加强筋板，提高齿轮箱体垂向和侧向的刚度;在轴承座处同样设置了多条筋板，提高轴承座的刚度[3-4]。
高铁齿轮箱工作于高速重载环境中，负载、温度对箱体应力、变形影响复杂，现有文献很少从热-结构耦合角度对高铁齿轮箱进行研究。
本文运用Ansys 软件对箱体进行热-结构耦合分析，研究高速列车运行过程中箱体的应力应变情况，确定其薄弱环节，为箱体结构改进和优化提供支持。
1建立高速列车齿轮箱有限元分析模型在Solidworks 中对模型简化处理，去除圆角、倒角、锐角等非重要结构，导入Ansys 用meshing 模块进行四面体非结构化网格划分，网格扭曲度小于0.73。
考虑风速对温度场的影响，在Ansys 中用包围命令得到图1所示外部风场流域和内部油气混合物流域，网格模型见图2。
热分析时，结合传动零件热量传递路径情况，将齿轮啮合接触部分、轴承内外圈与滚动体接触部分切出2mm 的薄片用于摩擦功率的加载，如图3、图4所示。
2高速列车齿轮箱产热计算2.1轴承受力分析工况：正转，350km/h,输出转速2185r/min ，输出轴扭矩2841N ·m 稳态油温100℃，风速5m/s 。
齿轮箱体基本参数：从动轮直径d 1为543.80mm ，螺旋角β为20°，各轴承的分布如图5所示。
图5齿轮箱箱体轴承的分布圆周力：F t =2000Td1高速列车齿轮箱箱体热-结构耦合分析何锐（北方工业大学机械工程学院，北京100043）摘要：齿轮箱是高速列车运行的重要部分，对某型号齿轮箱，应用Ansys 建立有限元仿真模型，对其进行热-结构耦合分析。
钛合金轻质枪管热-结构耦合分析
ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｈ ｒ ｇ ａ ｗａ ｉ ｅ ａ ｅ ｎ ＡＮＳ ａ ａ ｔｒｄ ｓｇ ａ ｇ ａ ｅ Ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｄ ａ ｄ ｔａ ｓ ｅ ｔｓｒ ｓ ｌ ｙ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｏ ｒ ｍ ｓｗｒｔ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｔ ＹＳ ｐ ｒ ｍｅ ｅ ｅ ｉ ｎ ｌ ｎ ｕ ｇ ． ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｆ ｌ ｎ ｒ ｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｉ ｒ ｓ ｏ ｓ ｆ ｔ ｉ ｇ ｎ ｂ ｒ ｅ ｓ ｃ ｌ ｕ ａ ｅ ｎ ｅ ｈ ｙ ｌ ｃ ｉ ｎ ｏ ｉ ｈ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ｎ ｍｉ ｈ ｒ ｌｐ ｌ ｅ ａ ｄ ｄ ｎ ｍｉ ｅ ｐ ｎ ｅ ｏ ｓ ｕ ａ ｒ ｌｗａ ａ ｃ ｌ ｔ ｄ ｕ ｄ ｒ ｔ ｅ ｃ ｃ ｉ ａ ｔｏ ｆｈ ｇ － ｒ ｑ ｅ ｃ ｙ ａ ｃ ｔ ｅ ｍａ ｕ ｓ ｎ ｙ ａ ｃ ｈ ｃ
基 于 Ａ Ｓ Ｓ平 台的枪 管热一 Ｎ Ｙ 结构 耦合 分析模 型 采用 直接 耦合 方 法 ， 利用 Ａ Ｓ Ｓ参数化设 计语 言 （ Ｐ Ｌ 编程 计 算 ＮＹ ＡＤ） 枪管 在 高频动 态热 脉 冲和动 态压 力循 环作用 下 的温度 场和 瞬态应 力 响应 ，并对 计 算结果 进行 实验验 证 。研 究结果表 明 ：热脉 冲和压 力脉 冲 的耦 合作 用显 著：钛 合金 的材料 性 能能 满足枪 管 的设 计要 求 。 关键 词：钛合 金 轻质枪 管； 直接耦 合 ；有 限元； 瞬态应 力
液压轮胎硫化机热结构耦合分析
－ 一 ０ ｆｋ ） 一 ￣ （
边 界条 件如 下 ：
Ｔ（ Ｙ， ）一 ｚ， ｚ， ￡ ）
析 ， 根据 分析结 果对结 构进 行 了相 应改进 ， 并 降低
了生 产成 本 ； 建 良等ｌ 采 用 ！ Ａ 陈 ２ － ＤＥ Ｓ软件 将 轮
胎定 型硫 化机分 为 上 横梁 和底 座 相关 的两部 分 ，
分别进 行有 限元 分 析 ， 明 了硫 化 机设 计 的 安全 证 性要 求 ； 冬梅 等［ 对 电 动螺 旋 轮胎 定 型 硫 化机 焦 ３ ］ 的上 横梁进 行 了有 限元分 析 ， 对 上横 梁 结 构肯 在
费大量 建模 时 问 ， 而且 影响 网格划 分 的质量 ， 进而 增 大计算 过 程 的收 敛 难 度 ， 响计 算 结 果 的 正确 影
性 。另 外 ， 考虑 到并列 机架 实体模 型 的相似性 ， 本
研 究 只构建 一个机 架 的实体 模型 ， 图 ２所示 。 如
ｒ 一 是 ） （ ） 瓦一 ａ 瓦 （筹 一 是 一 Ｔ
（ Ｉ ｚ ｙ ｆ ｄ ｄ ｛ ｄ ｙ ｄ Ｑｄ ｔ 、 ｄｄ ｙｚｘ ｛ ｘｄ ） ｔ Ｖｄ ： ｃ ｄ Ｔ＋ ｆ ｘ ｚ ｙ＋ ｆ ｐ Ｖｄ ｄｄ ｄ 一曲ｄ ｄ ４ ｚ ｘ－ －
如
１ １ １ 三维传 热数 学模 型 ．．
硫化 机在稳 定 运 行 时 ， 能通 过 上下 热 板 以 热
定 的基 础上 提 出了相应 的改进 措施 。 上述 分析都 没 有 考虑 温 度 的影 响 ， 了得 到 为 硫化 机在 真实环 境 中的工况 ， 本研 究对热 、 结构共 同作 用情 况下硫 化 机 的 应力 、 移 和位 置 精 度进 位
行研 究 。
图 １ 分 析 流 程
电池组热力耦合分析
电池组热力耦合分析本例展示基于热-结构耦合的热力耦合分析。
1 问题设定一块电池组，尺寸为70mm x 175mm x 400mm。
对模型进行适当简化，保留主体电芯和PC部分，约束电池组底部Z方向，电芯部分给定生热源，电池组外表面给定自然对流散热边界条件，模拟电池组温度变化和应力变化。
由于需要进行实时热力耦合分析，因此电池，PC材料等采用实体建模，设定相关的coupling耦合单元和tie约束，建立电芯和PC材料之间的接触关系（包括热接触）。
本案例用到的附件包括：Battery1003_heat.cae 稳态热力耦合分析2 分析过程一般来说，针对热力学问题，通常有顺序耦合和完全耦合两种方法。
顺序耦合是先进行热传导分析，得到温度分布结果，然后把温度分布结果映射到结构分析模型上。
完全耦合则是直接在abaqus中直接给建立的coupled temp-displacement分析步，完全实时同步计算温度变化和应力变化，并可考虑温度和结构变形之间的互相影响。
2.1 有限元计算2.1.1 几何处理在CAD软件中进行简单处理后，导入Abaqus中，需要对零件进行几何清理和修复，删除不必要的细节特征。
2.1.2 赋予材料属性根据不同材料电池，PC等赋予相应的材料参数，注意因为这里需要进行完全热力耦合分析，因此材料参数必须同时具有力学参数和热学参数，包括：密度，弹性模量，泊松比，塑性曲线，热膨胀系数，热导率，比热等，如下图所示：2.1.3 模型装配在Abaqus中装配的模型，通在CAD软件中装配位置关系完全一致。
如果在CAD软件中已经装配即可。
这里由于单个电池芯模型一致，因此为减小前处理工作量，在Abaqus 中对单个电芯进行阵列处理，后期只需要分析修改单个电芯模型，整个装配体所有电芯模型自动更新。
2.1.4 定义相互作用根据模型需要，定义相关接触关系和耦合约束等等。
如下所示：定义接触属性：在Interaction模块，点击Create Interaction property，选择contact，进入Edit contact property窗口，分别定义Tangential behavior 中设定0.1的摩擦系数，以及Thermal conductance 中的接触热传导参数，如下图所示：自动搜索接触对: 由于需要考虑电芯和PC材料之间的接触和接触热传导，而电芯数量较多，如果单独制定面面接触，需要较大工作量，因此可以采用Abaqus/CAE中较为方便的自动搜索接触对功能。
稀土电解机器人热结构耦合分析
科技与创新｜Science and Technology & Innovation2024年 第02期DOI ：10.15913/ki.kjycx.2024.02.018稀土电解机器人热结构耦合分析＊蔡玉强1，陈松云1，徐超然2（1.华北理工大学机械工程学院，河北 唐山 063210；2.浙江青科质谱仪器创新有限公司，浙江 杭州 310000）摘 要：稀土电解机器人是一种在高温、粉尘、强腐蚀的工作环境下，可以实现电解槽的坩埚提取和倾倒铸模工序的自动化设备。
由于该机器人需要长时间在高温环境中工作，自身温度会在高温环境的影响下发生变化，而由温度变化引起的热变形会导致机器人连杆尺寸的变化，这种变化会影响机器人的运动精度，甚至有可能导致运动副膨胀卡死，使机器人不能正常工作。
因此，对稀土电解机器人进行了热分析，首先根据传热学知识对稀土电解车间中的热源进行分析；然后基于ANSYS Workbench 软件和APDL 语言，对等待位状态下的稀土电解机器人进行稳态热分析，研究机器人各部位的温度分布，确保机器人各部件自身温度没有超过设计时的工作温度。
关键词：稀土电解机器人；高温环境；有限元；热变形中图分类号：TF35 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）02-0066-03——————————————————————————＊［基金项目］河北省高层次人才资助项目（编号：A201400214）根据《中国制造2035》的要求，当前是中国智能装备发展的关键时期，加快稀土电解行业的装备升级势在必行。
稀土电解机器人的研究难点在于如何保证机器人在高温环境下能够正常运行，并能够完成预期的动作，因此，对机器人行走机构的热变形研究十分有必要。
目前，计算机仿真技术已经发展得非常成熟，在工程分析中，有限元方法有着举足轻重的作用，现有的有限元分析以ANSYS 为主流，能够实现不同领域的工程分析。
目前，ANSYS 热分析在中国的运用越来越广，同时国内外对于机器人热误差方面的研究也获得了迅速的发展。
19-热-结构耦合分析
4.工程实例：泵壳的热应力计算
泵壳的外表面的热边界为对流换热 条件，环境文件为22度，对流换热 系数系数为50. 结构分析的边界条件为完全固定约 束螺栓通孔。泵壳的材料为结构钢 。
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
稳态热应力，第一步首先进行稳态热分析，获取结构的温 度场，然后将温度导入到结构分析中，将温度场做为结构计算 的体载荷来计算稳态热应力。
3.瞬态热应力
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
Advanced Contact & Fasteners
由约束产生 热应力
在 ANSYS 中求解热-应力问题主要使用间接法 ：即首先进行结构的温度场分析，获取结构的 温度，然后将温度作为体载荷施加到结构计算 中，计算热应力。
由不同材料 产生热应力
1.热应力分析的基本理论
• 间接法的分析顺序
Training Manual
Advanced Contact & Fasteners
1. 先作稳态（或瞬态）热分析。
• 导入模型。 • 施加热荷载。 • 求解并检查结果。 2. 然后作静力结构分析。 • 导入温度场 • 定义结构边界条件和载荷。
热分析
jobname.rth
温度
结构分析
• 求解并检查结果。
jobname.rst
2.稳态热应力
热-结构耦合分析
1.热应力分析的基本理论
• • • • 热应力产生 结构受热或变冷时，由于热胀冷缩产生变形 。 若变形受到某些限制 — 如位移约束或相反的 压力 — 则在结构中产生热应力。 产生热应力的另一个原因，是由于材料不同 而形成的不均匀变形（如，不同的热膨胀系 数）。
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这是两个同心圆，我画的不是很圆，请大家见谅。
外圆外边温度70o
内圆内边温度200 求圆筒的温度分布，径向盈利，主环向应力
/batch,list
/show
/title,thermal stress in concentic cylinders-indirect method
/prep7
et,1,plane77,,,1
mp,kxx,1,2.2
mp,kxx,2,10.8
rectng,0.1875,0.4,0.05
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aglue,all
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asel,s,area,,1
aatt,1,1,1
asel,s,area,,2
aatt,2,1,1
asel,all
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esize,0.05
amesh,all
nsel,s,loc,x,0.1875
d,all,temp,200
nsel,s,loc,x,0.6
d,all,temp,70
nsel,all
finish
/solu
solve
finish
/post1
path,radial,2 !设置路径名和定义路径的点数
ppath,l,,,0.1875 ！通过坐标来定义路径
ppath,2,,0.6
pdef,temp,temp ！温度映射到路径上
T0
paget,path,points,radial ！用数组的形式保存路径
plpath,temp
finish
/prep7
et,1,82,,,1
mp,ex,1,30e6
mp,alpx,1,0.65e-5
mp,nuxy,1,0.3
mp,ex,2,10.6e6
mp,aplx,2,1.35e-5
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nsel,s,loc,y,0.05
cp,1,uy,all
nsel,s,loc,x,0.1875
cp,2,ux,all
nsel,s,loc,y,0
d,all,uy,0
nsel,all
finish
/solu
tref,70
ldread,temp,,,,,,rth
solve
finish
/post1
paput,path,points,radial
pmap,,mat ！设置路径映射来处理材料的不连续
pdef,sx,s,x ！映射径向应力
pdef,sz,s,z ！映射环向应力
plpath,sx,sz ！显示应力结果
plpagm,sx,,node ！在几何模型上显示径向应力
finish
这儿是一个在热结构耦合分析的例子，大家有兴趣可以看看，我想同时问一下，cp 这个命令是什么意思啊。