梯度功能材料板瞬态温度场有限元分析
梯度功能材料板瞬态温度场有限元分析
梯度功能材料（GFM）板是一种具有新颖特性的复合材料，具有多种优势，例如低局部失效概率，减少尺寸，密度低以及强度高等。瞬态温度场有限元分析可以用来研究GFM板在外界环境温度变化时的性能。
瞬态温度场有限元分析可以帮助我们了解GFM板的性能，以确定如何提高其性能。GFM板的有限元模型可以建立在物理实验或数值模拟的基础上。通过调整瞬态温度场的温度，可以更清楚地理解该材料在各种温度条件下的性能变化。
瞬态温度场有限元分析还可以模拟GFM板在温度变化时表面形貌变化的响应，以优化使用条件。通过分析GFM板的热释放率和板材温度变化，可以为改进GFM板的性能提供有效的参考依据。例如，利用瞬态温度场的有限元分析，可以发现GFM板在温度变化时机构变形和性能失效的表现规律，以实现性能优化。
瞬态温度场有限元分析是一种研究GFM板性能和表现特性的有效性能分析工具。它有助于确定GFM板在不同温度下的性能特性，从而发现GFM板的优缺点，有助于优化其性能。
铸造模型的温度场有限元分析
铸造模型的温度场有限元分析 概述 铸造是一种工程制造方法，将液态金属或其他物质浇铸到一个模具中，让其冷却并形成所需形状。在铸造过程中，温度场是非常重要的 因素。温度场决定了物体的热胀冷缩、形变、质量等方面，因此对温 度场进行分析和优化是铸造中非常关键的步骤。 有限元分析是一种数值分析方法，广泛应用于工程领域中的物理模 拟和优化。它通过将复杂的物理系统划分成离散的小单元，然后进行 数值计算，求解问题的数值解。因为铸造模型具有复杂的结构和几何 形状，因此需要使用有限元分析方法对其温度场进行建模和分析。 建模 铸造模型的温度场建模通常采用有限元法。首先需要将模型划分为 许多小单元，然后对每个小单元进行分析。对于铸造模型，一般采用 三维有限元建模。 建模首先需要构建模型几何结构，通常可以使用CAD软件进行建模，并将建模结果导入有限元分析软件中。此外，还需要确定材料属性如 热传导系数、比热容等物理参数。这些参数可以通过实验或者文献数 据获得。
模型建立后，需要进行网格划分。网格划分是将模型划分为许多小 单元的过程。划分应该既能保证精度，又不能花费过多的计算资源。 常用的有限元网格包括四面体网格和六面体网格。 求解 一旦建立了有限元模型并完成了网格划分，就可以求解铸造模型的 温度场了。求解需要根据材料性质、边界条件和初值条件设置方程组。为此，通常会考虑以下因素： •材料参数：包括材料的比热容、密度、热传导系数等。 •边界条件：包括模型的外表面或锥度面进行空气自流冷却，穴道内部注射的铸造材料温度，模型的初值等。 •时间步长：需要选用适当的时间步长来求解模型。 通过建立方程组，使用求解器对其进行求解。有限元分析通常可以 获得模型的温度分布、热流量、热应力等结果。 结果分析 求解完成后，可以对求解结果进行分析和优化。通常采用后处理软 件进行结果可视化，比如ParaView、Tecplot等软件。 常用的分析方式包括对温度场进行动态展示、温度场的等高线图、 热流分布图等。这些可视化结果可以帮助研究人员更好地了解模型温 度分布的规律，并进行优化改进。
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。 (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.
3温度场有限元分析理论基础
第3章温度场有限元法分析理论基础 在制造加工领域中，通过计算机模拟各种加工过程是非常方便有效的方法之一。磨削过程也可以通过建立数值分析模型模拟整个磨削的过程，不仅可以预测实验可能发生的情况也可以减少实验的次数。于是，越来越多的学者使用有限元技术对磨削过程进行分析、研究。通过有限元法分析磨削区温度场既有利于对磨削机理的理解，也是一种优化机械加工工艺的有力工具，而且在考虑多种因素、非线性、动态过程分析等复杂情况时其优势尤为显著。 3.1有限元法简介 3.1.1 有限元法的基本思想 有限单元法是目前在工程领域内常用的数值模拟方法之一。目前在工程领域内常用都是数值模拟方法包括有限单元法、边界元法、离散单元法和有限差分法等。有限元单元法的基本思想就是将连续的结构离散成有限多个单元，并在每一个单元中设定有限数量的节点，讲连续体看做是节点处连续的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在第一单元中假设一个插值函数来表示单元中场函数的分布规律，进而利用弹性力学、固体力学、结构力学等力学中的变分原理去建立用以求解节点未知量的有限元方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题转化为离散域中有限自由度问题。求解法就可以利用解得的节点值和设定的插值函数来确定单元上以至整个集合上的场函数。 有限元分析的基本概念就是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一个单元假定一个较简单的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的近似解。由于大多数实际问题难以得到准确解，有限元法不仅仅计算精度高而且能够适应各种复杂形状，因此称为行之有效的工程分析手段。 3.1.2有限元热分析简介 热分析是指用热力学参数或者物理参数随着温度变化的关系进行的分析方法。国际热分析协会在1977年将热分析定义为：“热分析是测量在程序控制温度下，物质的
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。
有限元分析的基本步骤
一个典型的ANSYS分析过程可分为以下6个步骤： 1定义参数 2创建几何模型 3划分网格 4加载数据 5求解 6结果分析 1定义参数 1.1指定工程名和分析标题 启动ANSYS软件，选择Jobname命令 选择Title菜单命令 1.2定义单位 (2) 设置计算类型 ANSYS Main Menu: Preference→Material Props →Material Models →Structural →OK (3) 定义分析类型 ANSYS Main Menu: Preprocessor →Loads →Analysis Type →New Analysis→STATIC →OK 1.3定义单元类型 选择Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令 单击[Options]按钮，在[Element behavior]下拉列表中选择[Plane strs w/thk]选项，单击确定 1.4定义单元常数 在ANSYS程序主界面中选择Main Menu→Preprocessor→Real Constants→Add/Edit/Delete命令 单击[Add]按钮，进行下一个[Choose Element Type]对话框 1.5定义材料参数 在ANSYS程序主界面，选择Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models命令 (1)选择对话框右侧Structural→Linear→Elastic→Isotropic命令，并单击[Isotropic]选项，接着弹出如下所示[Linear Isotropic Properties for Material Number 1]对话框。 在[EX]文本框中输入弹性模量“200000”，在[PRXY]文本框中输入泊松比“0.3”，单击OK 2创建几何模型 在ANSYS程序主界面，选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Rectangle →By 2Corners命令 选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Creat→Areas→Circle→Solid Circle命令 3网格划分(之前一定要进行材料的定义和分配) 选择Main Menu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Subtract→Arears Circle命令 选择Main Menu→Preprocessor→Meshing→Mesh→Areas→Free命令，弹出实体选择对话框，单击[Pick All]按钮，得到如下所示网格 4加载数据 (1)选择Main Menu→Preprocessor→Loads→Define Loads→Apply→Structural→Displacement→On Lines命令， 出现如下所示对话框，选择约束[ALL DOF]选项，并设置[Displacement value]为0，单击OK。
有限元分析法概述
第十一章 有限元分析方法概述 1、基本概念 有限元分析方法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的一种现代没计计算方法。它是20世纪50年代首先在连续体力学领域—飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快就广泛地应用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续性问题。 在工程分析和科学研究中，常常会遇到大量的由常微分方程、偏微分方程及相应的边界条件描述的场问题，如位移场、应力场和温度场等问题。求解这类场问题的方法主要有两种：用解析法求得精确解；用数值解法求其近似解。应该指出，能用解析法求出精确解的只是方程性质比较简单且几何边界相当规则的少数问题。而对于绝大多数问题，则很少能得出解析解。这就需要研究它的数值解法，以求出近似解。目前工程中实用的数值解法主要有三种：有限差分法、有限元法和边界元法。其中，以有限元法通用性最好，解题效率高，目前在工程中的应用最为广泛。 下面通过一个具体例子，分别采用解析法和数值解法进行求解，从而体会一下有限元分析方法的含义及其相关的一些基本概念。 如下图所示为一变横截面杆，杆的一端固定，另一端承受负荷P ，试求杆沿长度方向任一截面的变形大小。其中，杆的上边宽度为1w ，下边宽度为2w ，厚度为t ，长度为L ，杆的材料弹性模量为E 。已知P ＝4450N ，1w ＝50mm ，2w =25mm ，t =3mm ，L =250mm ，E =72GPa 。 ① 采用解析法精确求解 假设杆任一横截面面积为)(y A ，其上平均应力为σ，应变为ε。根据静力平衡条件有： 0)(=-y A P σ 根据虎克定律有： εσE = 而任一横截面面积为： t y L w w w y A )()(1 21-+ = 任一横截面产生的应变为：dy du =ε 将上述方程代入静力平衡条件，进行变换后有： dy y EA P du ) (= 沿杆的长度方向对上式两边进行积分，可得： ?? ? -+==y y u dy y L w w w Et P dy y EA P du 01210 ) ()(
有限元在传热学中的应用
有限元在传热学中的应用 ——温度场的有限元分析 摘要：热分析在许多工程应用中扮演着重要角色。有限元法是热分析中常用，高效的数值 分析方法。利用有限元法可以求解传热学中温度场的重要参数，在材料成型中，在铸造这一块有着重大意义。 1、有限元法的应用： 有限元法是随着电子计算机的发展迅速发展起来的一种现代计算方法，首先在连续力学领域——飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后也很广泛用于求解热传导、电磁场、流体力学等连续问题。在传热学中，如果导热物体的几何形状不规则，边界条件复杂，很难有解析解。解决这类问题的最好办法就是数值解法，而数值解法中最具实用性和使用最广泛的就是有限单元法。 2、有限元数值解法的基本思路： 将连续求解区域减走势只在节点处相连接的一组有限个单元的组合体，把节点温度作为基本未知量，然后用插值函数以节点温度表示单元内任意一点处温度，利用变分原理建立用以求解节点未知量（温度）是有限元法方程，通过求解这些方程组，得到求解区域内有限个离散点上的温度近似解，并以这些温度近似解代替实际物体内连续的温度分布。随着单元数目的增加，单元尺寸的减少。单元满足收敛要求。近似解就可收敛于精确解。 3、有限元数值解法的基本步骤 有限元法在工程实际中应用的广泛性和通用性，体现在分析许多工程问题是，如力学中的位移场和应力场分析，传热学中的温度场分析，流体力学中的流场分析，都可以归结为给定边界条件下求解其控制方程的问题，虽然各个问题中的物理性质不同，却可采用同样的步骤求解。具体步骤为（1）：结构离散。（2）：单元分析。（3）：整体分析。（4）：边界条件处理与求解。（5）：结果后处理。 有限元分析实际问题的主要步骤为：建立模型，推倒有限元方程式，求解有限元方程组，数值结果表述。 4、用于传热学的意义 有限元法作为具有严密理论基础和广泛应用效力的数值分析工具，近年来，以由弹性平面问题扩展到空间问题，板壳问题。从固体力学扩展到流体力学、传热学等连续介质力学领域；它在工程技术中的作用，已从分析和校核扩展到优化设计。并和计算机辅助设计相结合，形成了完整的计算机辅助设计系统。它解决了传热学中边界条件复杂或呈非线性，有均匀内热源等传统方法无法求解的问题。 温度场方程
patran培训教材(有限元分析)
目录 第一章Patran基础知识 (2) 第二章悬臂梁的有限元建模与变形分析 (17) 第三章受热载荷作用的薄板的有限元建模与温度场求解 (31) 第四章带孔平板的受力分析（平面） (36) 第五章厚壁圆筒的受内压作用时的应力分析 (44) 第六章受压力载荷作用时板的受力分析 (51) 第七章板的模态分析 (57) 第八章板的瞬态响应分析 (62) 第九章板的频率响应分析 (67) 第十章提取车架中性面的模态分析 (72)
第一章Patran基础知识 一．Patran的用户界面介绍 Patran具有良好的用户界面，清晰、简单、易于使用且方便记忆，其用户界面如图1-1所示。 图1-1 patran界面 按照各部分的功能，可将Patran界面划分为四个区域：菜单和工具栏区、操作面板区、图形编辑区、信息显示和命令行输入区。下面，就分别对这几个区域进行介绍。 1.菜单和工具栏区
如图1-2所示，patran 的界面上有一行菜单，两行工具栏。 图1-2 菜单工具栏 Patran 的菜单是该软件的重要组成部分，使用菜单项，可以完成多设置和操作。本来，菜单与各种工具是配合使用的，两者是不能独立区分的。这里对菜单栏进行简单的介绍，一般情况下，Patran 有九个主菜单项，如图1-2所示，文件管理（File ）菜单主要用于Patran 数据库文件的打开/关闭，同时也用来从其他CAD 系统输入模型；组（Group ）菜单主要用于组的操作，作用类似CAD 系统中的“层”；视窗管理（Viewport ）菜单用于视窗设置；视图操作（Viewing ）菜单用于图形显示设置，包括了工具栏中一些工具的功能；元素显示管理 （Display ）菜单用于设置各种元素的显示方式；参数设置（Preferences ）菜单用于选择求解器，定制用户自己的环境等操作；工具选项（Tools ）菜单中提供了许多非常有用的工具；在线帮助（Help ）菜单为使用者提供在线帮助。 工具栏各工具功能见表一： 表一 Patran 工具栏各工具功能列表 菜单栏应用菜单按钮工具栏
压力容器热力耦合的有限元分析
压力容器热力耦合的有限元分析 摘要：实际工程中，压力容器除了承受机械应力外，还要承受波动温度条件下 由于温度分布不均匀而产生的热应力。在压力容器实际运行时，特别是在启动、 停止过程中，结构所受的瞬态温度变化显著，由此带来的温度应力则会达到较大 的数值，能够使得设备结构产生强度破坏。因此，准确地确定结构的瞬态温度场、耦合热应力以及部件问的热传递规律是具有实际意义和工程价值的课题。本文就 此展开了论述，以供参阅。 关键词：压力容器;热力耦合;有限元分析 1传导问题的有限元分析 1.1三维瞬态温度场问题的一般表达格式 在一般三维问题中，瞬态温度场的场变量Ф(x，y，z,t)在直角坐标系中应满足的微分方 程是： 上式中，JD是材料密度(kg／m3)；c是材料比热容(J／kg·K)；t是时间(s)：kx，ky，kz也 是材料沿物体三个主方向(x，y，z)方向的导热系数(w／(m·K))；Q=Q(x，y，z,t)是物体内部的 热源密度(w／kg)；nx，ny，nz是边界外法线的方向余弦；Ф=Ф(Γ，t)是在Γ1边界上的给定温度；q=q(Γ，t)是在边界Γ2上的给定热流密度(w／m2)；h是对流换热系数(W／m2·K)。； Фa=Фa(Γ，t)，对于尼边界，在自然对流条件下，Фa是外界温度环境；在强迫对流的条件下，Фa是边界层的绝热壁温度。微分方程式(1)是热量平衡方程，其表明，微体升温所需的热量 应与传入微体的热量以及微体内热源产生的热量相平衡。(2)式是在E边界上给定温度Ф(Γ，t)，称为第一类边界条件，它是强制边界条件。(3)式是在如边界上给定热流量q(Γ，t)，称为第二 类边界条件。(4)式是在Γ3边界上给定对流换热的条件，称为第三类边界条件。Γ1+Γ2+Γ3=Γ是域力内的全部边界条件。 1.2结构耦合热应力的求解思想 热应力实际上是热和应力两个物理场相互作用的结果，属于耦合场分析的范畴。在有限 元热应力分析中，通常有两种方法，一种是顺序耦合法，另一种是直接耦合法。顺序耦合法 是先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加到结构中，并结合结构应力对耦合 热应力进行分析；直接耦合法是直接采用具有温度和位移自由度的耦合单元，同时得到热分 析和结构应力分析的结果。本文采用顺序耦合法进行分析。值得一提的是，利用顺序耦合法 进行分析时，在得到温度场分布以后，利用给定的载荷和位移条件便可求解瞬态热应力问题，这是最基本的有限元静力分析问题。在进行热应力分析时，可利用计算温度场的同一网格划分，这里不进行理论赘述。 2压力容器的有限元模型 将实际工程中的问题进行离散转化为有限元计算模型是有限元模型建立的基本方法，模 型的建立是数值模拟的前提和基础，其合理性与否将直接影响到计算结果的可靠性。有限元 建模的总则是根据工程分析的精度要求，建立合适的并能模拟实际结构的有限元模型。在对 连续体离散化以及用有限个参数表征无限个形态自由度的过程中不可避免的引入了近似。为
Ansys作业——瞬态热分析
Ansys作业—瞬态热分析 问题描述 瞬态热分析实例1 ⏹长方形的板，几何参数及其边界条件如图3-6 所示。板的宽度为5cm，其中间有一 个半径为1cm 的圆孔。板的初始温度为20℃，将其右侧突然置于温度为20℃且对流换热系数为100W/M2℃的流体中，左端置于温度为500℃的温度场，试计算： ⏹（1）第1s 和第50s板内的温度分布情况。 ⏹（2）整个板在前50s内的温度变化过程。 ⏹（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的有限元模型，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 在弹出的对话框中，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的材料参数，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 在弹出的定义材料热传导率对话框中的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 在弹出的定义比热容对话框中的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的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
温度场分析
1温度场分析的意义 2离合器温度场分析的前提条件 进行膜片弹簧离合器温度场分析时要考虑到很多因素的影响，在这些因素 中有些是主要的因素，有些是次要的因素。根据目前的研究条件和国内外对此研究的进展状况，针对本研究主要进行如下方面的假设啪儿驯。 (1)在离合器接合过程中，压盘摩擦片间不断地流入和流出，因此其温度在 不断的变化，则摩擦片压盘的材料热性能参数要受到温度的影响。由于实验仪器的限制，不能够测量这些参数的变化，故在这里假设压盘和摩擦片的材料热性能参数不随温度变化。 (2)任何有温度的物体都要向外辐射能量，离合器也不例外。由于离合器接 合分离的时间很短，且压盘和摩擦片的温度不是很高，考虑到辐射计算的复杂性，暂不考虑离合器的辐射散热。 (3)实际工作中，离合器由于温度过高，或者散热不好，材料的物理化学性 质就会发生变化，比如塑性变形、析氢等现象。这些现象在温度场求解中是很难实现的，因此在该分析中将此现象忽略掉。 (4)摩擦热的产生，总是会有各种现象可能会带走部分的摩擦热，如磨损会 带走摩擦热。为了分析问题方便，认为摩擦热流完全被压盘和摩擦片吸收。(5)根据产生热量来源的滑摩功计算公式可判断出压盘摩擦片的温度场是 沿径向和轴向变化的二维温度场。 3用Pro/E软件建立离合器压盘模型 通过Pro/E软件对离合器压盘进行全面的三维建模，见图4-1。Pro/E建模主要通过线框的拉伸和剪切。所建立压盘三维模型数据如下：压盘外径为180mm，内径为120mm，材料为灰铸铁HT200铸成。 4有限元温度场分析前提条件 （1）结构离散化 结构离散化就是将结构分成有限个小的单元，单元与单元、单元与边界之间通过节点连接。结构的离散化是有限元法分析多的第一步，关系到计算精度与计算效率，是有限元法的基础步骤，包含以下的内容： 1）单元类型选择。离散化首先要选定单元类型，这个包括单元形状、单元节点与节点自由度等三个方面的内容。 2）单元划分。划分单元时应注意一下几点：①网格划分越细，节点越多，计算结果越精确。网格加密到一定程度后计算精度的提高就不明显，对应力应变变化平缓的区域不必要细分网格。②单元形态应该尽可能接近相应的正多边形或者正多面体，如三角形单元三边应尽量接近，且不出现钝角；矩阵单元长度不宜
环状激光作用于薄管产生温度场的有限元模拟
环状激光作用于薄管产生温度场的有限元模拟 曹豆豆;王开圣;杨雁南 【摘要】为了提高激光在管道中激发超声波的效率,基于激光超声的热弹激发理论,建立了环状激光源作用于薄管中的有限元模型,采用有限元方法,数值模拟了环状激光脉冲作用于铝管内壁时产生的瞬态温度场,得到了铝管内部温度随时间变化的曲线和不同时刻温度沿径向、轴向的变化曲线,并进一步分析了铝管内温度梯度的形成及随时间、沿径向的变化规律.结果表明,激光产生的瞬态温度场建立极其迅速,整个过程仅持续几十纳秒,该过程产生的温度梯度非常大,因此环状激光源可在铝管中激发很强的超声波;同时,由于温度梯度分布在整个圆周上,因而形成的导波衰减慢,可在周向、轴向上实现大范围超声检测.该结果对热弹条件下激光在管道中激发超声导波的研究有一定参考作用. 【期刊名称】《激光技术》 【年(卷),期】2010(034)006 【总页数】4页(P753-756) 【关键词】激光技术;激光超声;有限元;温度场;环状光源 【作者】曹豆豆;王开圣;杨雁南 【作者单位】南京航空航天大学,应用物理系,南京,210016;南京航空航天大学,应用物理系,南京,210016;南京航空航天大学,应用物理系,南京,210016 【正文语种】中文 【中图分类】TN249
引言 管道系统在化工、石油以及电力等工业中有广泛应用，定期对管材进行检测非常重要，否则可能导致严重损失[1]，因此，超声导波在管道和管路中的传播一直是力 学和超声检测领域的研究热点[2-3]，特别是周向和纵向模态的导波检测技术，更 是受到人们的极大关注。近年来，由于激光超声技术的迅速发展，利用激光超声技术对管道进行无损检测的研究也多有报道[4-6]。由于导波具有多模和色散特性， 目前人们对超声导波在管道中传播和散射的特性尚未完全了解，从激光在管道内激发超声的原理出发对此问题进行研究，有助于从本质上加深对这一问题的理解。 激光超声技术是一种很实用的无损检测技术[7-9]，它不仅具有非接触的优点，而 且还可以通过改变作用在样品上激光源的形状来改变激发超声导波的模式，以提高激发效率[10-12]。关于激光超声技术用于管道检测的研究，TANG等人[3]利用本征函数展开法详细讨论了有限长管道中导波的激光激发，给出了4个能量相等的 脉冲激光轴对称地打在管外壁上时，管外壁各点振动的瞬态解。GAO等人[13]用 脉冲激光线源作为表面加载，从实验上得到了薄铝管表面探测点的位移随时间的变化，以及有缺陷和无缺陷薄铝管表面的波形比较。ZHAO等人[4,14]采用有限元法对线光源在管道内激发的周向导波进行了理论研究。 因热弹条件下的激光超声是样品吸收激光能量，从而温度上升而产生热膨胀，因此，研究管状材料中激光超声导波的前提是得到管状材料中的瞬态温度场。作者首先分析了环状光源在管状材料中激发超声导波的优势及可行性，随后以薄铝管为例，建立了环状激光激发源作用在铝管中的有限元模型，并数值计算了该条件下铝管中的温度场分布，分析了温度和温度梯度的变化规律。所得结果对管道系统的导波研究具有实际意义。 1 环状光源激发薄铝管中的超声导波的优势及可行性分析
金属热处理过程中的温度场及相变行为数值模拟分析
金属热处理过程中的温度场及相变行为数值 模拟分析 引言： 金属热处理是一种经常用于改变材料性能的方法，包括加热、保温和冷却过程。在金属热处理过程中，温度场及相变行为对材料性能的影响至关重要。数值模拟分析在热处理过程中的应用已经成为一个热门研究领域，因为它可以提供有关温度场分布和相变行为的详细信息，为工程和材料科学领域的研究者提供了指导和优化金属热处理过程的有效工具。 热处理的温度场分析： 金属热处理过程中，温度场的分析是十分重要的。数值模拟方法可以用来预测 材料在不同温度下的分布和相关性质。热处理过程中的温度分布受多种因素影响，如初始温度、加热速率、保温时间和冷却速率等。通过建立数学模型，结合有限元分析，可以模拟出不同热处理条件下的温度场分布，提供有关温度梯度、热流和传热效率的信息。这些信息对于进一步优化热处理过程中的工艺参数、材料性能和质量控制具有重要意义。 相变行为的数值模拟分析： 在金属热处理过程中，相变行为对材料的性质和性能有着深远的影响。相变行 为通常伴随着晶粒的生长、固溶体的析出和再结晶等过程。通过数值模拟分析，可以对相变行为进行定量描述，提供有关相变温度、相变速率、晶粒尺寸和相变界面的信息。这些信息对于理解金属热处理过程中的相变动力学和相变路径的演化具有重要意义，进而指导后续的热处理工艺优化和材料性能改进。 数值模拟方法的应用：
数值模拟方法在金属热处理过程中的应用广泛而深入。有限元方法是常用的数 值模拟方法之一，它可以通过将材料分割为离散单元，对每个单元进行温度和相变行为的计算，最终得到整个材料的温度场和相变行为。另外，相场模型和相场动力学模型等方法也在金属热处理过程中得到广泛应用，它们可以对相变行为进行更加细致和准确的描述。这些数值模拟方法不仅可以预测金属热处理过程中的温度场和相变行为，还可以为工程和材料科学领域的研究者提供指导，优化金属热处理过程，提高材料的性能和质量。 研究现状与挑战： 目前，金属热处理过程中的温度场和相变行为的数值模拟分析已经取得了一定 的进展，但仍存在一些挑战。首先，金属热处理过程中的温度场和相变行为涉及多学科领域的知识，需要综合考虑材料科学、热力学、传热学等方面的知识，因此需要建立多学科的研究团队。其次，数值模拟方法的建模和计算过程需要大量的实验数据和物理参数，建立准确的材料模型是一个关键问题。最后，数值模拟方法的计算速度和精度也是一个挑战，需要不断改进和优化。 结论： 金属热处理过程中的温度场及相变行为数值模拟分析是一个重要的研究领域， 它可以提供更深入的理解金属热处理过程的本质和机制。数值模拟方法在预测金属热处理过程中的温度场和相变行为方面具有广泛的应用前景，它可以为工程和材料科学领域的研究者提供有效的工具和方法，进一步指导和优化金属热处理过程，提高材料的性能和质量。然而，金属热处理过程中的温度场和相变行为的数值模拟分析仍然面临一些挑战，需要进一步的研究和探索。希望通过不断的努力和创新，能够为金属热处理过程的研究和应用做出更大的贡献。
梯度功能材料的梯度设计与应力分析
梯度功能材料的梯度设计与应力分析 邓子玉;陈丽婷 【摘要】采用有限元分析软件,对316L/ZrO2层状复合材料和不同层数的梯度功能材料进行了热应力和拉应力分析,为实验制备316L/ZrO2梯度功能材料确定了最佳梯度层数.结果表明:热工作时温度在梯度功能材料内部是逐层过渡的;梯度功能材料有良好的应力缓和能力;随着层数的增加,热应力缓和能力和抗拉伸能力越来越强,当层数增至五层时,材料内部产生的拉应力不再递减,稍有增加,经综合分析确定了材料的最佳梯度层数为四层. 【期刊名称】《沈阳理工大学学报》 【年(卷),期】2016(035)005 【总页数】6页(P73-77,90) 【关键词】功能梯度材料;热应力;拉应力 【作者】邓子玉;陈丽婷 【作者单位】沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,沈阳110159 【正文语种】中文 【中图分类】TB33 功能梯度材料(Functionally Graded Materials，简称FGM)，它是一种成分和组织沿材料内部一定方向为梯度变化，从而使材料性能也梯度变化的一种新型复合材料。不同于以往的层状复合材料，FGM在结构和性能上都呈梯度变化，无成分和
性能的突变[1-2]。 材料两侧存在温差时，材料内部将产生较大的热应力，均一耐热材料已不能满足此要求[3]。目前广泛使用的隔热性耐热材料由于存在明显的相界面，两相的膨胀系数不同，导致材料内部产生巨大的热应力，这势必影响材料的使用性能。而功能梯度材料(FGM)解决了复合材料的界面应力问题，同时又保持了材料的复合特性，在工程材料中应用广泛[4-5]。目前功能梯度材料的热应力分析方法很多，多采用将功能梯度材料视为若干层均匀厚度材料的结合方法[6]。本文按照Wakashima指数分布函数模型设计梯度材料层的厚度，利用ABAQUS有限元分析软件对不同梯度层数的材料进行热应力分析，并对比热缓和能力。为了综合分析，本文又对功能梯度材料进行了拉应力有限元分析。通过有限元分析法为实验制备总厚为1.4mm 的316L/ ZrO2梯度功能材料进行梯度设计，确定最佳梯度层数。 采用三维模型进行有限元模拟分析，总厚度Y轴为1.4mm，宽X轴10.8mm，长Z轴为112.5mm。设计五种不同材料，分别为层状复合材料 (100%316L/100%ZrO2，共两层，每层厚0.7mm)及两至五层梯度功能材料，两层FGM的两个梯度层成分分别为90%316L10%ZrO2和80%316L20%ZrO2，之后每增加一层，增加层的316L体积分数减少百分之十，对应的ZrO2的体积分数则增加百分之十，所有的材料从一侧至另一测316L含量逐渐减少，ZrO2的含量逐渐增加。梯度功能材料梯度层的厚度根据Wakashima指数分布函数模型进行计算： C=(x/d)n 式中：C为梯度层中陶瓷组元的体积分数；x为各梯度层位置坐标；n为成分分布指数；d为梯度层总厚度。据文献报道，当n=0.7时，不锈钢系与氧化锆FGM梯度层界面处残余应力最小[7]，经计算可得各材料的各层厚度(单位mm)，按照ZrO2含量增加的顺序依次为两层FGM：0.5、0.9；三层FGM：0.3、0.5、0.6；
稳态热传导下功能梯度材料实心圆板的热响应分析
稳态热传导下功能梯度材料实心圆板的热响应分析 黄志国;陈鼎;杨博 【摘要】利用推广后的Main和Spencer功能梯度板理论,研究了横观各向同性功能梯度实心圆板在非均布温度场作用下的热弹性问题.采用该理论中的位移展开公式,在板厚度方向上考虑热传导引起的稳态温度场,材料常数和热传导率沿板厚方向 可以任意连续变化.基于三维弹性理论,最终得到了功能梯度实心圆板在温度场作用 下的热响应解答.通过数值算例分析,验证了该方法的正确性,另外还讨论了边界条件、材料梯度变化程度和板厚径比对功能梯度实心圆板热弹性响应的影响. 【期刊名称】《宁夏工程技术》 【年(卷),期】2018(017)004 【总页数】6页(P328-333) 【关键词】功能梯度实心圆板;稳态热传导;热响应 【作者】黄志国;陈鼎;杨博 【作者单位】宁夏大学基建处,宁夏银川 750021;浙江理工大学土木工程系,浙江 杭州 310018;浙江理工大学土木工程系,浙江杭州 310018 【正文语种】中文 【中图分类】O343.1 功能梯度材料（简称FGM）是一种新型非均匀复合材料，自人工设计出来之后就 受到学术界和工业界的高度关注。由于可以控制其组分材料的体积含量在空间上任
意连续变化，所以保证了应力的连续分布，从而避免了层合材料容易在界面产生裂纹及剥离等不足[1]。热弹性问题是弹性力学中的一个经典问题[2]，获得各种典型问题的热弹性解析解可为各种数值解法及工程设计提供理论指导。在功能梯度材料板的热分析方面，基于三维弹性理论，Cheng和Betra[3]给出了固支各向同性功能梯度椭圆板在机械和热荷载作用下弯曲问题的渐进解；基于统一的广义热弹性理论，Nikolarakis和Theotokoglou[4]利用有限单元法研究了三层功能梯度氧化锆/钛合金板条的热冲击问题。国内的陆万顺和李星[5]利用Schmidt方法研究了无限长功能梯度压电板中双裂纹尖端的热响应；马晓波和姜欢琦[6]采用复变函数法和镜像法，研究了功能梯度板条中含圆柱亚表面夹杂的热波散射问题。在前期研究工作中[7—8]，笔者将Mian和Spencer[9]建立的FGM板理论由上下板表面无应力条件推广到了在板表面受均布荷载情形，最终给出了FGM矩形板和FGM环板的解析解。本文继续从Mian和Spencer建立的理论出发，考虑在板上下表面受不同温度荷载作用，进而得到了不同边界功能梯度实心圆板的三维热响应解答。通过算例分析，讨论了边界条件和梯度变化程度对功能梯度实心圆板的热弹性影响。 1 问题的描述和基本方程 考虑一个等厚度的实心圆板（图1），半径为a，厚度为h。ur和w分别表示r方向和z方向的位移分量，σr，σθ，σz和τrz分别表示应力分量。在板的上下表面分别受温度T2和T1，此时圆板处于轴对称弯曲状态。 图1 FGM圆板示意图 忽略体积力，弹性力学平衡方程为 当材料为横观各向同性时，材料的应力－位移关系为 式中：cij为材料的弹性常数，α1和α3为材料的线性热膨胀系数，T为温度场。
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/FLOTRAN ANSYS/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) ■Stepped Steady ANSYS简介 开放、灵活的仿真软件，为产品设计的每一阶段提供解决方案 通用仿真电磁分析流体力学行业化分析模型建造设计分析多目标优化客户化 结构分析解决方案 结构非线性强大分析模块 Mechanical 显式瞬态动力分析工具 LS-DYNA 新一代动力学分析系统 AI NASTRAN 电磁场分析解决方案 流体动力学分析 行业化分析工具 设计人员快捷分析工具 仿真模型建造系统 多目标快速优化工具 CAE客户化及协同分析环境开发平台 ANSYS Structure ANSYS Structure 是ANSYS产品家族中的结构分析模块，她秉承了ANSYS 家族产品的整体优势，更专注于结构分析技术的深入开发。除了提供常规结构分析功能外，强劲稳健的非线性、独具特色的梁单元、高效可靠的并行求解、充满现代气息的前后处理是她的四大特色。 ANSYS Structure产品功能 非线性分析 ·几何非线性 ·材料非线性 ·接触非线性 ·单元非线性 动力学分析 ·模态分析 - 自然模态 - 预应力模态 - 阻尼复模态 - 循环模态 ·瞬态分析 - 非线性全瞬态 - 线性模态叠加法 ·响应谱分析 - 单点谱 - 模态 - 谐相应 - 单点谱 - 多点谱 ·谐响应分析 ·随机振动 叠层复合材料 ·非线性叠层壳单元 ·高阶叠层实体单元 ·特征 - 初应力 - 层间剪应力 - 温度相关的材料属性 - 应力梯度跟踪 - 中面偏置 ·图形化 - 图形化定义材料截面 - 3D方式察看板壳结果 - 逐层查看纤维排布 - 逐层查看分析结果 ·Tsai-Wu失效准则 求解器 ·迭代求解器 - 预条件共轭梯度(PCG) - 雅可比共轭梯度(JCG) - 非完全共轭梯度(ICCG)自然模态·直接求解器 - 稀疏矩阵 - 波前求解器 ·特征值 - 分块Lanczos法 - 子空间法 - 凝聚法 - QR阻尼法(阻尼特征值)ANSYS基本模块介绍