基于ANSYS的温度场计算
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究
基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，焊接作为一种重要的连接工艺，在航空、汽车、船舶、石油化工等领域的应用日益广泛。
然而，焊接过程中产生的温度场和应力场对焊接结构的性能有着至关重要的影响。
为了深入理解焊接过程中的热-力行为，预测焊接结构的变形和残余应力，进而优化焊接工艺参数和提高产品质量，本文旨在利用ANSYS有限元分析软件，对焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟研究。
本文首先简要介绍了焊接数值模拟的意义和现状，包括焊接数值模拟的重要性、国内外研究现状和存在的问题等。
随后，详细阐述了ANSYS 软件在焊接数值模拟中的应用，包括其基本原理、分析流程、模型建立、参数设置等方面。
在此基础上，本文以某典型焊接结构为例，详细阐述了焊接温度场和应力场的数值模拟过程，包括模型的建立、边界条件的设定、求解参数的选择、结果的后处理等。
对模拟结果进行了详细的分析和讨论，验证了数值模拟方法的准确性和可靠性，为实际工程应用提供了有益的参考。
本文的研究不仅有助于深入理解焊接过程中的热-力行为，为优化焊接工艺参数和提高产品质量提供理论支持，同时也为ANSYS软件在焊接数值模拟领域的应用推广和进一步发展奠定了基础。
二、焊接理论基础焊接是一种通过加热、加压或两者并用，使两块或多块金属在原子层面结合形成永久性连接的工艺过程。
焊接过程涉及复杂的物理和化学变化，包括金属的熔化、凝固、相变以及应力和变形的产生等。
因此，深入了解焊接过程的理论基础对于准确模拟焊接过程中的温度场和应力分布至关重要。
焊接过程中，热源将能量传递给工件，导致工件局部快速升温并熔化。
熔池形成后，随着热源的移动，熔池中的液态金属逐渐凝固形成焊缝。
焊接热源的类型和移动速度、工件的材质和厚度等因素都会影响焊接过程的温度场分布。
为了准确模拟这一过程，需要了解各种热源模型（如移动热源模型、体积热源模型等）及其适用范围，并选择合适的模型进行数值模拟。
《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计算温度场及应力场
ANSYS计算温度场及应力场在ANSYS中计算温度场需要考虑的因素有很多，比如热源、热传导、边界条件等。
首先，我们需要在ANSYS中建立一个三维模型，包括几何形状、材料属性和初始条件。
然后，我们可以选择合适的求解器，比如热传导方程求解器，来解决温度场的传导问题。
在建立模型时，需要给定材料的热导率和密度等属性，这些参数可以通过实验测量或者文献资料获得。
对于复杂的几何形状，可以使用ANSYS 的建模工具，比如CAD软件，将实际的几何形状导入到ANSYS中。
然后，我们需要给定边界条件，比如边界上的温度和热通量。
这些条件可以通过实验测量或者根据实际情况进行估计。
在设置好模型后，我们可以选择求解器来解决温度场的传导问题。
ANSYS提供了多种求解器，包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
这些方法可以根据不同的情况选择合适的求解器，并通过迭代计算来获得温度场的分布。
在计算完温度场后，我们可以使用ANSYS的后处理工具来分析和可视化结果。
例如，可以绘制温度云图、温度剖面和温度梯度图，以展示温度场的分布情况。
此外，还可以计算温度场的平均值、最大值和最小值等统计量，以评估系统的性能和安全性。
另外，ANSYS还可以用于计算应力场。
在计算应力场时，需要考虑的因素包括材料的应变-应力关系、加载条件和几何形状等。
首先，我们需要在ANSYS中建立一个三维模型，包括几何形状、材料属性和初始条件。
然后，选择合适的求解器，比如有限元法求解器，来解决应力场的静力学问题。
在建立模型时，需要给定材料的弹性模量、泊松比和密度等属性。
这些参数可以通过实验测量或者文献资料获得。
对于复杂的几何形状，可以使用ANSYS的建模工具，比如CAD软件，将实际的几何形状导入到ANSYS 中。
然后，我们需要给定加载条件，比如施加在模型上的力和边界约束。
这些条件可以根据实际情况进行估计。
在设置好模型后，我们可以选择求解器来解决应力场的静力学问题。
ANSYS提供了多种求解器，包括有限元法、边界元法和模态分析等。
ANSYS计算大体积混凝土温度场的关键技术
ANSYS计算大体积混凝土温度场的关键技术在大型混凝土结构建设的过程中，温度场分析对保障混凝土结构的安全性至关重要。
ANSYS作为工程领域中常用的数值模拟工具，能够对混凝土温度场进行准确的计算，为混凝土结构的设计和施工提供科学依据。
但是，对于大体积混凝土的温度场计算，存在一些关键技术需要考虑，下面将进行详细介绍。
1. 混凝土的物理性质混凝土的物理性质是温度场模拟中的关键因素之一。
混凝土在浇筑后的初凝期、成型期、硬化期、老化期等各个阶段的物理性质都存在巨大的变化。
因此，在进行混凝土的温度场计算前，需要准确地测量混凝土在不同时间点的物理性质，如热导率、比热容、密度等。
2. 热源的模拟混凝土的温度场计算需要考虑混凝土内部的各种热源对温度场的影响。
建筑中的热源包括太阳辐射、室内外温度差、人体热辐射等，需要对这些热源进行准确的模拟。
3. 初始条件的设置混凝土温度场计算的初始条件设置直接影响计算结果的准确性。
混凝土在浇筑后的初始温度值、初始变形状态的设置等都需要进行准确、合理的处理。
4. 传热模型的选择对于大体积混凝土的温度场计算，需要选择合适的传热模型。
传热模型可以根据混凝土的物理性质和热源的模拟情况，选择适用于不同情况下的传热模型，如动态传热模型、静态传热模型等。
5. 计算方法的选择针对大体积混凝土温度场的计算，需要选择合适的计算方法。
常用的方法有有限元法、有限差分法等，需要根据混凝土内部温度场、变形场等的变化情况，选择合适的计算方法。
6. 数值模拟使用ANSYS进行混凝土温度场计算，需要进行数值模拟。
数值模拟是对真实物理系统的数学模拟，通过建立数学模型，利用计算机运算获得物理系统的各种行为特性，如温度场、应力场、变形场等。
7. 计算结果的验证在进行混凝土温度场计算后，需要对计算结果进行验证。
验证结果通常采用实验测试的方式进行验证，如温度测试、原位应力测试、变形测试等。
，针对大体积混凝土温度场计算，需要考虑混凝土的物理性质、热源模拟、初始条件设置、传热模型选择、计算方法选择、数值模拟和计算结果验证等方面的关键技术，以保证计算结果的准确性和可靠性。
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
基于ANSYS的温度场仿真分析
基于ANSYS的温度场仿真分析引言：在工程领域中，温度场分布的仿真分析是一项重要的工作。
温度场分布的准确预测和优化设计对于许多工业过程和产品的设计和改进至关重要。
在这里，我们将介绍一种基于ANSYS软件的温度场仿真分析方法。
一、ANSYS软件简介ANSYS是一种广泛使用的通用有限元分析（FEA）软件。
它提供了强大的功能，可以进行多种物理和工程仿真分析。
其中，温度场分布的仿真分析是ANSYS的一个主要功能之一二、温度场仿真分析的步骤1.几何建模：使用ANSYS的几何模块进行物体的几何建模。
可以通过绘制二维或三维几何形状来定义和创建模型。
2.网格划分：对几何模型进行网格划分，将其划分为小的单元，以便进行离散化计算。
网格划分的质量直接影响到仿真结果的准确性和计算速度。
3.边界条件设置：根据具体的问题，设置物体表面的边界条件。
边界条件包括固定温度、传热系数、对流换热等。
边界条件设置的准确与否对温度场的分布有重要影响。
4.材料属性定义：为物体的各个部分定义材料属性，包括热导率、热容量等。
这些属性是模型中的重要参数，直接影响到温度场的分布。
5.求解和后处理：设置求解算法和参数，开始进行仿真计算。
求解器根据网格和边界条件，通过计算方程的数值解确定温度场的分布。
计算完成后，可以进行后处理，生成温度场分布的图表和报告。
三、温度场仿真分析的应用温度场仿真分析在多个工程领域中得到广泛应用。
以下是几个示例：1.电子设备散热优化：通过温度场仿真分析，可以评估电子设备中的热量分布，优化散热设计，确保电子设备的正常运行和寿命。
2.汽车发动机冷却系统：通过温度场仿真分析，可以预测汽车发动机冷却系统中的温度分布，优化冷却器的大小和位置，提高冷却效果。
3.空调系统设计：通过温度场仿真分析，可以预测房间内的温度分布，优化空调系统的风口布置和参数设置，实现舒适的室内温度。
4.熔炼和混合过程优化：通过温度场仿真分析，可以预测熔炼和混合过程中的温度分布，优化加热和冷却控制，提高生产效率和产品质量。
基于ANSYS的温度场仿真分析
式中 ： ［ Ｃ］ 为 比热 矩 阵 ， 考 虑 系 统 内能 的增 加 ： ［ Ｋ］ 为 传 导 矩
阵， 包含导热系数 、 对流 系数及辐射率 和形 状 系数 ； ｛ Ｔ｝ 为节点温
度向量 ； ｛ Ｔ｝ 为温度对时间的导数 ； ｛ Ｑ（ ｔ ） ｝ 为 节 点 热 流 率 向量 ， 包 含 热 生成 。 温 度箱 中温 度 场 的热 分 析 属 于 瞬态 热 传 导过 程 。
绝 缘 材 料 在 高 温 条 件 下 长 期 运 行 会 造 成 热 老 化 ，使 绝 缘 性 能下降 ， 在 高压 作 用 下 易 击 穿 。 为 进 一 步 研 究 绝 缘 材 料 热 老 化 特 性， 需 将 绝 缘 材 料 放 置 在 温 度 箱 内长 时 间加 热 ， 再 进 行 绝 缘 特 性
元 类 型 、定 义 材 料 相
导热 系数 比热 容
（ Ｗｌ ｍ・ ｘ、 Ｊ ／ ｋ ｇ ‘ Ｋ
０ ． １ ２ １ ０ ３ ０
生热 率
Ｗ／ ｍ３
密度
ｋ ｇ ／ ｍ
１ ． ２ 型 通 用 有 限元 分 析 软 件 ， 能 够 进 行 机 械 应
１ ０ ４
基 于 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ的 温 度 场 仿 真 分 析
基于 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ的温度场仿真分析
Ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｆ ｉ ｅｌ ｄ Ｓｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＡＮＳ ＹＳ
潘从 芳 娄 毅 蔺 红 张起 瑞 杨 一 胡 贺 明
（ 新 疆 大学 电 气工程 学 院 ， 新疆 鸟 鲁木 齐 ８ ３ ０ ０ ４ ７ ）
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基于ANSYS的温度场计算
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS
开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD 工具之一。
应用ansys分析软件对一个具体的对象进行分析和计算时，完整的ansys
分析过程可分成三个阶段:即前处(Preprocessing)，前处理是建立有限元模型，完成单元网格剖分:求解(Solution)和后处理(Postprocessing)，后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。
下面分别进行说明。
Ansys的前处理
Ansys的前处理技术一般由两部分组成:一、对求解场域进行离散，生成有限元网格;二、区域物理参数的处理。
网格剖分主要是实现对求解场域单元的自动剖分，自动把各个单元和节点进行编号，确定各节点的坐标、边界节点的编号等数据，形成一个数据文件，作为有限元程序的输入数据。
为了方便查看各单元剖分情况，判断合理性，还要绘制网格剖分图。
自适应网格剖分(Adaptive Mesh Generation)及其加密技术是近年来ansys温度场计算中发展比较快和比较完整的内容，它也属于ansys的前处理范畴。
前处理程序是定义问题的程序，它安排所有必须进行汇编的实体数据。
它由可分开的两部分组成。
第一部分是几何图形和拓扑结构的描述，即该实体有一定几何形状和材料性质，这是对原型样机的结构仿真，我们通过第一部分的工作建立有限元分析实体模型。
第二部分可以认为是对原型样机进行仿真的实验描述，包括边界条件、激励和时间变化情况的处理。
一个恰当的、剖分质量好的有限元网格，对计算的作用是致关重要的。
网格单元的数量、形状与密度分布，将会对计算结果的精确度、计算效率和计算资源的利用产生直接的影响。
而对于复杂的几何体，网格的划分相当费时且容易出错。
现在，为了适应分析对象的大型化、高精度的计算结果要求和运行处理自动化的需要，必须实现有限元网格的自动生成，来解决手工操作时存在的工作量大、处理过程繁琐和出错率高等问题。
随着有限元数值计算技术的日益成熟，网格生成
自动化水平已经成为数值计算软件适应范围与应用价值的关键因素。
所以如何自动的根据目标区域的几何结构情况，对它进行离散化，生成满足数值计算需要的网格数据，以及根据计算结果的误差分布情况对网格进行重处理，这些一直都是有限元应用技术研究的热点问题。
在网格剖分时，应当注意控制节点数量。
一般来说，节点数越多，则解的精度越高，但同时所费的计算时间也越长，计算机的数据存储量也越大。
另一方面，在同样节点数的条件下，网格单元在区域中的疏密配置的合理性对计算精度的影响也是相当大的。
所以这就要求事先对所要分析的场域中场的分布有一个初步了解，以便在网格剖分时能做到比较合理的剖分，达到较高的计算精度。
在设计有限元网格生成的算法过程中，都有一些基本的性能指标和准则，以及一些共同的方法和步骤可遵循。
如将一连续场域离散成有限数目的元素之和，都是有一定的规律可循的。
因有限元网格的形状、数量以及分布的密度等特征，对后续的计算精度和所占用的CPU资源有着相当密切的关系。
所以在网格剖分中必须注意以下情况:
①网格各单元边彼此间的长度不能相差太大，以避免出现尖锐形的单元，对三维单元剖分而言，单元形状不能扭曲，这样才能保证计算的精度;
②考虑到压缩系数矩阵的总存储量，不宜在一个节点周围集中很多的单元。
但当矩阵非常稀疏时，如采用非零元素存贮技术，可不考虑这个因素;
③各单元边上节点的分布应当尽可能的使他们大致均匀;
④在一个单元内部，介质参数应当为常数;
⑤在场域的对称部分，单元的形态也应当尽量对称;
⑥需要着重分析的区域，或那些场量变化剧烈的地方，单元分布的密度应比其它的地方要高;
⑦求解域边界上节点的配置应当使单元边尽量逼近边界;
⑧单元及节点的编排方法应尽量规格化。
评价一个网格生成算法的性能，一般从以下四个方面来考虑:
(1)自动化程度:在数据准备阶段，需要手工处理的工作量;在程序执行过程中，需要人工干预的工作量;在计算结果和网格单元剖分之间，应能根据最终计算结果来反应误差的分布情况，实现局部加密，即所谓的网格自适应加密。
(2)网格单元质量：如果一个三角形单元呈小内角长薄型，即认为是畸形。
网格单元之间，一般要求满足Delaunay准则：即对于有一条公用边的两个相邻接单元，其中一个三角形单元的外接圆不能包含另外一个三角形单元的第三个顶点。
(3)扩张性和健壮性：扩张性指的是能否从二维空间延伸到三维空间。
健壮性指的是算法对待剖分目标区域的边界要求是否很高，比如在凸区域、凹区域、直线边界区域、曲线边界区域、单连通区域、多连通区域、单介质区域和多介质区域内是不是都正常工作;能否应用于多种分析领域。
(4)算法实现的难易程度、程序执行效率以及对计算机硬件性能的要求。
到目前为止，国内外学者在这方面做了大量卓有成效的研究工作，提出了许多网格自动生成的算法。
现在已经发展到对任意边界区域、多连通区域及三维空间的剖分，自动化的程度越来越高。
在网格自动剖分技术的发展过程中，逐步形成两种模式：第一类是按生成单元的类型可分为生成结构化网格方法(Construction)和生成非结构化网格方法(Non-Construction)。
第二类是按照单元和节点生成的先后顺序来分类。
Ansys的求解
求解程序是用来构成从数学上模拟物理过程的代数方程组，并求出它们的解，最终结果是一组描述整个模型中的温度场位函数值。
在求解过程中，软件根据前处理过程所确定的物理数据，构造出用于求解所需的代数方程，然后用数值解法计算出方程的结果。
在求解的开始，我们只要选择合适的算法，有限元分析软件就会完成所有的计算步骤，基本上不需要人的干预。
在求解过程中，由于需要处理数目惊人的数据，并进行复杂的计算，所以对计算机的速度和计算成本功能要求较高。
Ansys的解后处理
由求解程序得到的位函数解所提供的是求解区域内温度场方面的原始材料，并受到在模型化和求解过程中的近似假设的影响。
仅这些数据还不够，我们还要求得到更多的物理和工程参数，如磁感应强度、阻抗、电感、能量损耗、电磁力和转矩等，因此需要通过进一步数学处理才能得到。
解后处理直接决定有限元分析的最后结果，从实际应用角度来看，解后处理方法将偏微分方程的数值解与实际物理量联系起来。
在解后处理过程中，所研究的对象已不再是抽象的函数，而是各种具体的问题了。