基于ANSYS的调节阀温度场分析与数值模拟
基于ANSYS的中厚板轧制前板料温度场数值模拟
摘
要：温度是轧制过程 中的重要参数，采用常规方式难以测得板料 内部温度。本文利用有
限元软件Ａ Ｓ Ｓ 立了中厚板轧制前板料冷却过程的有限元模型 ，模 型参数化构建 ，适用范 围 ＮＹ 建
第四类 ：在边 界上给 定 辐射 条件 ：
收稿 日期 ：２ ０ ．５２ ０６０ ．３
板 料在 传送 辊上 的运 动 速 度 不 是很 高 ， 山移
作者简介：刘书强 （９９一 ） １７ ，男，山东莱芜人，潍坊学院机电工程学院硕士。
．
１ ７．
维普资讯
界上 Ｉ 热流 密度 。 ￡ Ｉ 勺 ．
图 １ ：板 料 经 过 高压 除磷 水 的 强 制 对 流
板 料 在 传 送 辊 上 运 动 时 ，在 除 磷 以 外 的 阶
段，热晕 的敞 失方式 主要是辐射 。在板料经过除
磷Ｉ＝ ，２Ｍｐ的 高压 除磷 水 以水幕 的 形式 喷射 到 又时 ０
／ ，
其 中： Ｔｘ 二， （，，， 一给定Ｉ边界上的温度， ） ￡ Ｉ 勺
这一温 度 可能 随空 问位 置和 时 问 的 同而变 化 。
第＿类：在边界上给定热流强度 ：
ｋ ： ， ２ ３ 警： （ ）（ ， ： ）
其 中：ｎ、 ｎ、ｎ 表 示 边 界 外 法问变 化 Ｉ边 ， ・） ｖ ￡ Ｉ 勺
换热 系数 。
本 模 参 数 化 设 定 板 料 初 始 尺 寸 （ ｍｍ）为
性。
表 面 和 四个 侧面 可 认 为相 同 ，采 用 同一 个埘 流 系 ２ ０ ７０× １０ ４ ０×２ ０，板 料 材 质 属 性 为 １Ｍｎ的 属 ２ ６ 为 了便 于 边 界 条 件 的施 加 ，采 用 等 效 转 化 的
ANSYS在焊接温度场数值模拟中的应用
第24卷 第1期 邢台职业技术学院学报 V ol.24No.1 2007年2月 Journal of Xingtai Polytechnic College Feb. 2007 ANSYS在焊接温度场数值模拟中的应用王新彦，高军芳，刘兵群（邢台职业技术学院机电系，河北邢台054035）摘要：目前数值模拟技术已广泛应用于各生产研究领域，ANSYS是一种被广泛应用的有限元数值模拟软件，本文阐述了ANSYS在焊接温度场数值模拟中的几个应用技巧，合理使用这些技巧可以缩短模拟过程的时间，提高模拟精度。
关键词：ANSYS；数值模拟；应用技巧中图分类号：TP15;TG40 文献标识码：A 文章编号：1008—6129（2007）01—0054—03目前，在工程领域内常用的数值模拟方法有：有限元法、边界元法、离散元法和无限元法等，其中，发展最成熟，应用最广泛的是有限元法。
随着有限元技术的发展与应用，以及近年来由于计算机技术的突飞猛进，目前已经有了不少优秀的有限元计算分析软件，其中ANSYS, ABAQUS, ADINA, NASTRAN, MARC, SYSWBLD等可供焊接工作者选用。
不同软件处理问题的侧重点有所不同，在这些软件中，美国ANSYS公司的产品是一个涵盖最多工程领域的FEM软包。
该产品在结构分析、热分析、流体分析、电及电磁场分析方面都非常成功，目前已广泛应用于航天、汽车工业、生物医学、桥梁建筑、电子产品、重型机械等领域。
在实际的应用中，作者发现应用ANSYS软件时，任一环节的错误操作或遗漏都可能导致错误的结果，甚至退出计算。
要想保证软件能按照用户的思路运行。
除掌握了它的使用性能外，还需要一些技巧，本文阐述了几个重要的用ANSYS软件解决焊接温度场模拟问题的应用技巧，希望能对使用ANSYS研究焊接温度场的同行有所帮助。
一、ANSYS建模技术在焊接结构中，焊接接头处焊件的形状一般是长方体、圆柱体、空心圆柱体（管）等规则的形体，建模时采用自上而下的方法直接创建最高级的图元，当用户定义了一个体素时，程序会自动定义相关的面、线、和关键点。
稳态ansys热分析数值模拟
稳态热分析数值模拟实例1——短圆柱体的热传导过程1、问题描述有一短圆柱体，直径和高度均为1m，其结构如图7.1所示，现在其上端面施加大小为100℃的均匀温度载荷，圆柱体下端面及侧面的温度均为0℃，试求圆柱体内部的温度场分布（假设圆柱体不与外界发生热交换，圆柱体材料的热传导系数为30 W/（m•℃））。
图7.1 圆柱体结构示意图2、三维建模应用Pro-E软件对固体计算域进行三维建模，实体如图7.2所示：图7.2 圆柱体三维实体图3、网格划分采用流动传热软件CFX的前处理模块ICEM对计算域进行网格划分，得到如图7.3所示的六面体网格单元。
流场的网格单元数为640，节点数为891。
图7.3 圆柱体网格图4、模拟计算及结果采用流动传热软件CFX稳态计算，定义圆柱体材料的热传导系数为30 W/(m•℃)，求解时选取Thermal Energy传热模型。
固体上壁面的边界条件设置为100℃的温度，侧面和下壁面边界条件为0℃的温度。
求解方法采用高精度求解，计算收敛残差为10-4。
图7.4为计算得到的圆柱体中心剖面的温度等值线分布图。
数据文件及结果文件在steady文件夹内。
图7.4 圆柱体中心剖面的温度等值线分布瞬态热分析数值模拟实例详解实例1——型材瞬态传热过程分析1、问题描述有一横截面为矩形的型材，如图7.5所示。
其初始温度为500℃，现突然将其置于温度为20℃的空气中，求1分钟后该型材的温度场分布及其中心温度随时间的变化规律（材料性能参数如表7.1所示）。
表7.1 材料性能参数密度ρkg/m3 导热系数W/(m•℃)比热J/(kg•℃)对流系数W/(m2•℃)2400 30 352 110图7.5 型材横截面示意图2、三维建模应用Pro-E软件对固体计算域进行三维建模，实体如图7.6所示：图7.6 型材三维实体图3、网格划分采用流动传热软件CFX的前处理模块ICEM对计算域进行网格划分，得到如图7.7所示的六面体网格单元。
基于ANSYS的鼓式制动器温降的数值模拟分析
从 传 热 学 角度 来 说 ，有 三种 基 本 的热传 递 方
图 １２ 鼓式制动 器与外界换热 热模 型 ．
传 导散 热 主 要存 在 于 制 动 鼓 与制 动 蹄摩 擦 片 式 ，即热传 导 、热 对流 和热 辐射 。这三 种传 热方 之 间。根据 理论 分析 和试 验证 明 乜，制动鼓 与制 动 式在制 动器 的散热 过程 中 同时存在 。车辆制 动 时 ，
制 动 器 的 热 量 减 少 ， 从 而避 免 热 衰 退现 象 ， 并 为长 大下 坡 道 路 的建 设 提 供 理 论 依 据 。
关键 词：Ａ Ｓ Ｓ 鼓式制动器 ＮＹ
温降
热衰退
ＴＨ Ｅ ｉ ｕｌ ｔｏｎ ａ ｌ ｉ ｆｔ ｍ ｐｅ ａ ｕｒ ｏ ｎｇ ｏ ｕｍ ａ ｓ ｓ ｍ ａ ｉ ｎａ ｙｓｓｏ ｅ ｒ ｔ ｅｄｒ ｐｉ ｆｔ ｄｒ ｈｅ ｂｒ ｋｅ ｂａ ｅ ｎＡＮＳＹＳ ｓｄ ｏ
动 器 的车辆 。 车辆 下 长坡 频繁使 用 制动或 高速 行 在 驶 中紧 急制 动 时容 易导致 制动 器 的温度 急剧 升高 ， 从而 出现制 动热 衰退 现象 ， 这种 现象 在车辆 行驶 在
山区道 路 以及车 辆超 载超 限时表现 更 为 明显 。 了 为
图 １ １鼓式 制动 器与外界换热来 ， 道路 交通 事 故逐年 上 升 ， 效地提 高 有 道 路交 通安 全性 成 为迫切 需要 解决 的课 题 。 过调 通 查 发现 ， 绝大 部分 的交通 事 故是 由于 车辆制 动 系统
系 热与 统生 散热的 如图 ・所 方式 示。
失效 引起 的，且肇 事车 辆 多为大 中型、装配 鼓式 制
ｓｍｕ ａ ｉｎ ． ｅｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｆ ｉ ｌｍｅ ｔｍｏ ｅ ｓ ａ ａｙ ｉ ｄ ｗｉ ｉ ｌｔ ｏ Ｔ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｏ ｎ ｔ ｅ ｅ ｎ ｄ ｌｉ ｎ ｌ ｓｓ ｔ ＡＮ Ｓ ， ｎ ｅ ｆｅ ｙ ｂ ｎ ｈ ｔ ｓ．ｏ ｈ ｈ ｉ ｅ ｅ ｈ ＹＳ ａ ｄ ｖ ｒ ｄ ｂ ｅ ｃ ｅ ｔ ｉ ｉ Ｔ
基于ANSYS的高速客车车顶稳态传热温度场分析
温度 及 对流 边 界 条 件 ， 对 热量 在 车顶 的流 动 状 况 进 行 仿 真 与 分 析 ，得 出高 速 客 车车 顶 稳 态 传 热 温 度 分 布 。
关 键 词 ： 温度 场 ； 隔 热壁 ；有 限元 ；热 分 析
中 图分 类 号 ：Ｕ２ ９ ２ ． ９ １ ４： Ｔ Ｐ ３ １
２ Ｃ Ｒ Ｈ５车顶 传热 分析
２ ． １ 车 顶 结 构
Ｃ ＲＨ５车顶 由端顶 、 车顶型材、 盖板、 车 顶焊 接 件 组成 。其 中 ． 车顶 型材 由纵 向放 置 的 ４种共 ７ 块 挤 压 型材对 称排 列 、 组 焊而成 。车 顶断 面图 如图 １ 所示 。
图 １ 车 顶 断 面 图
收 稿 日期 ：２ Ｏ ｌ ２ — ０ ８ — ２ Ｏ ；修 州 ｔ ｌ 期 ：２ ０ １ ２ — ０ ９ — １ ｌ
属零件 对传 热系数 的 影响 ； ⑤ 不 考 虑 辐 射换 热边 界 条 件对分 析产 生 的影 响 ； ⑥ 不考 虑 车 顶 与侧 墙 连接 部 分 对 传热 系数 的影 响。 ２ ． ３ 边界 条件 依据 假设 条件 ， 车顶 传热 分 析 可归 纳 为基 本 的热 量传递 方式 ： 热传导 和对 流换热 。 ２ ． ３ ． １ 热传导 车顶 内部 的热量 流动 主要是 通过材 料的 导热性能 完成 的 ， 热传 导过程 遵循 傅立 叶导热 定律 ：
第１ 期（ 总第１ ７ ６期 ）
２ ０ １ ３ 年 ２月
机 械 工 程 与 自 动 化 Ｍ ＥＣＨＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（ ） Ｍ ＡＴＩ （ ） Ｎ
Ｎｏ ．１
Ｆ ｅ ｂ ．
文章编号 ： １ ６ ７ ２ — ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ７ ９ — ０ ３
基于ANSYS的曲轴红套感应加热数值模拟
上海电气 技 术 JOUR NAL OF SH ANGH A I ELECT RIC T ECH N OLOGY
文章编号: 1674 540X( 2009) 03 036 04
Vol . 2 No. 3 Sep. 2009
基 于 ANSYS 的 曲 轴 红 套 感 应 加 热 数 值 模 拟
2009 年第 3 期
张青雷, 等: 基于 ANSYS 的曲轴红套感应加热数值模拟
37
的涡流发热来达到加热工件的目的, 主要用于金属 材料的熔炼铸造、透热锻造、热处理、焊接、烧结 等 方面[ 1] 。它涉及电、磁、热、相变、力学方面的综合知 识, 计算机技术的快速发展使得通过计算机数值模 拟来描述感应加热过程成为可能, 20 世纪 70 年代 末, 二维电磁场的数值 计算方法已日 趋成熟, 国 外 学者就开始致力于三维电磁场、涡流场的数值计算 方法的研究, 到 20 世纪 80 年代末, 国外已出现可以 计算三维电磁场、涡流场的商业软件, 例如 AN SYS 软件, 它不但可以进行结构、热、电磁场等单个场问 题的分析求解, 而且还可以进行 2 个场之间的耦合 计算, 如热 ) 结 构、电 磁 ) 热等耦 合。直 接利用 这 些功能强大的商业软件对制造业 中的感应加热 问 题进行模拟计算是一种十分方便、高效的方法[ 2] 。
Key words: shrink; inducing heat ing; simul at ion
随着现代科学技术的发展, 感应加热技术得到 广泛的重视和应用, 上海船用曲轴有限公司通过自 主研发, 设计了曲轴 红套中频电磁 感应加热装置, 取代了原有的燃气加热方式, 实现了半组合式曲轴 红套加热过程的可控制、操作简便、清洁无污染 和 无安全隐患, 各项性 能指标都达到 了专业的要求, 设备应用后取得了 显著的成效。本文在分析感 应
基于ANSYS的AZ31镁合金MIG焊三维温度场数值模拟
其 中 ： Ｙ 为 固定 坐标 ； 为温 度 ； 为 时 间 ；Ｄ ｚ、 、 Ｔ ｔ Ｉ为 密度 ； 为导 热 系数 ；ｃ 为 比热容 。 定 解条 件包 括初 始条 件和 边界 条件 。将 电弧 引燃
・
２ ・ ０
机 械 工 程 与 自 动 化
２１ ０ ０年 第 ４期
Ｌ ｑｚ’ ＇ 一 —■——— ＝ ｘ 一 ＿ｘ ２ ） ／ ｚ）擘 ｚ （ 一 ｚ ｅ Ｌ一＝ ２３ 一 —ｚ ｐ 虿 ～ ｙ ３ （３ ～ 一 ２
１ ２ 控 制 方 程 及 热 源 模 型 ．
对 于 ＭＩ 堆焊 ， 接 热源 的热 流密度 不仅 作用 在 Ｇ 焊
焊件 表 面上 ，也沿 焊件 厚度 方 向作用 。这 种情 况下应 该 将 焊接 热源 作 为体积 分布 热源 。由于 电弧沿 焊接 方 向运 动 ，电弧热 流是不 对称 的。 焊接 速度 的影 响下 ， 在
分析 过程 。
１ 数 学 模 型 的 建 立
１ １ 基 本 假 设 ．
二 ｕ 一 （ Ｔ—Ｔ。） 。 … … … … … … … … （ ） 。 ５
本 文 在进 行焊 接 温 度场 的计 算 时 ，考虑 到 ＡＺ １ ３ 镁 合 金 自身 的一 些 特 点 以 及 板厚 等 因 素作 了 以下 假 设 ：① 忽略 薄板焊 缝余 高 的填充 金属 ；②假 设试 件 的 外边 界仅 与空气 发 生对 流换 热 ，将 辐射 换热 的影 响考 虑 到对 流换 热 中 ；⑧ 除 了材料 的 比热容 、导 热系数 及 表 面张力 系数与 温度 有关 以外 ， 其他 的热 物性 参数 （ 如 密度 、 换热 系数 等） 与温 度无关 。 均
基于ANSYS的中厚板轧制前板料温度场数值模拟
- 17 -前言1.温度是中厚板轧制的重要工艺参数之一，绝大多数轧钢厂都用红外线测温仪对板料温度进行监测，但测温仪只能测表面温度。
目前可用于实测板料内部温度的方法是接触测量法，即在板料内部放置热电偶，其使用方法的复杂性限制了其使用范围。
采用数值模拟的方法研究板料温度场，能够快速简便的获取板料的内部温度。
理论分析2.温度场分析所采用的四类边界条件如下：第一类：条件，在边界上给定温度Dirichlet 值：T (x ,y ,z ,t ) = T (x ,y ,z ,t ) (1) T (x ,y ,z ,t )其中：—给定的边界上的温度， 这一温度可能随空间位置和时间的不同而变化。
第二类：在边界上给定热流强度：k x ∂T ∂x x +k y ∂T ∂y n y +k z ∂T ∂znz = q s (x ,y ,z ,t ) (2) 其中：n x 、n y 、n z —表示边界外法线的方向余qs (x ,y ,z ,t )弦；—是随空间位置和时间变化的边界上的热流密度。
第三类：在边界上给定对流条件：k x ∂T ∂x n x +k y ∂T ∂y y +k z ∂T ∂z n z = h s (T S －T∞) (3) 其中：T s —表面温度；T ∞—外界环境介质温hs 度；—表面与周围介质的对流换热系数。
第四类：在边界上给定辐射条件：k x ∂T ∂x n x +k y ∂T ∂y y +k z ∂T ∂zz =σε(T s 4 －T ∞4) (4) 其中：—常数；—表面 σStefan-Boltzman ε辐射系数。
板料在加热炉内经过高温加热。
由于板料在加热炉内加热的时间较长，可认为板料温度达到均匀，为℃左右。
轧制前，板料从加热炉中1215经过传送辊送往轧机，在传送过程中板料的温度要降低。
促使板料温度降低的因素有：板料表面向空间的辐射散热、高压除磷水喷射板料产生的强制换热、板料与周围空气之间的自由对流散热、板料与传送辊之间的传导散热。