河海大学ansys热分析与温度应力.pptVIP

* 大型结构程序分析 第八章 热分析基础 热分析基础 热分析的典型步骤 热载荷及边界条件 热分析用于确定温度分布、热梯度、热流及结构中 其它热属性； 热分析包括稳态及瞬态热分析 稳态 即载荷条件是确定的，与时间无关。 瞬态 即边界条件随时间变化。 热分析主要内容： 热传导常用符合说明 f ANSYS中标准单位 ( 英制 ) 温度 T 热流量 热传导率 K 密度 ρ 比热 c 对流换热系数 hf 热流 q* 温度梯度 内部热生成 q Degrees F BTU / hr BTU / ( hr - inch - degree F ) lbm / ( inch3 ) BTU / ( lbm - degree F ) BTU / ( hr - inch2 - degree F ) BTU / ( hr - inch2 ) degree F / inch BTU / ( hr - inch3 ) 注, 对于结构热容量, 密度/Gc 和比热*Gc 经常使用该单位。其中Gc=386.4 (lbm - inch)/(lbf-sec2) ANSYS中标准单位 ( 国际单位制 ) Degrees C ( or K ) Watts Watts/ ( meter - degree C ) kilogram/ ( meter3 ) ( Watt-sec ) / ( kilogram-degree C) Watt/ ( meter2 - degree C ) Watt/ ( meter2 ) degree C / meter Watt/ ( meter3 ) 温度 T 热流量 热传导率 K 密度 ρ 比热 c 对流换热系数 hf 热流 q* 温度梯度 内部热生成 q 热分析基本理论 温度场问题的基本方程 温度在时间域和空间域中的分布，称为温度场 若温度不随时间变化，称为稳定温度场 若温度沿z方向不变，称为平面温度场 热传导微分方程 称为导温系数，其因次是（长度）（时间）-1。 温度场的边值条件 （1）初始条件：已知初瞬时整个物体上温度的分布 （2）边界条件：一般分为三类 第一类边界条件，已知边界上各瞬时的温度分布 第二类边界条件，已右边界上各瞬时的热流密度 第三类边界，已知边界上对流热交换情况，若物体与流体接触，按照热的对流定律 第四类边界，辐射边界条件 温度应力场问题的基本方程 当仅考虑变温，弹性体的应变分量应为两部分叠加，即热膨胀引起的应变与相互约束所引起的应变 混凝土在长期荷载作用下会发生显著的徐变，混凝土的力学性能也还随材料的龄期而变化，因此其物理方程是随时间变化的积分继效方程 温度变应力分析的有限元计算公式 当荷载单调变化且应力水平较低时，可根据弹性徐变理论，由物理、几何和平衡方程可得任一时段内在区域R上的有限元支配方程 由上式可求得任意时段内的位移增量，从而可算出内各单元的应力增量 将各时段的位移增量和应力增量累加，即可求得任意时刻位移值和徐变应力值 热载荷条件: 温度 模型区域温度已知 对流 表面与环境的通过对流进行热传递。对流输入包括对流系数及环境流体温度Tb. 热通量* 单位表面的热流率已知 热流* 一点的热流率已知 热生成率* 区域的体积生热率已知 辐射* 表面的传热通过辐射。输入包括发射率, Stefan-Boltzmann 常数及可选的空间一点的温度 绝热表面 “完全隔绝”表面，没有热传递发生 热载荷和边界条件的类型 1. DOF 约束 — 指定的 DOF (温度) 数值 2. 集中载荷 —施加在点上的集中载荷(热流) 3. 面载荷 — 在面上的分布载荷(对流、热流密度) 4. 体载荷 — 体积或场载荷（热生成） 热分析单元 热分析材料特性 至少需要 Kxx — 稳态分析热传导系数。 如果施加内部热生成，则需要比热 (Cp) 。 “Preference”设置为 “thermal” （热分析），则在 GUI 中只显示热材料特性。 前处理 几何模型 网格划分 求解 加载 求解 后处理 查看结果 验证结果的有效性 热分析典型步骤 稳态热分析 ANSYS稳态热分析的基本过程 前处理： 建模 求解： 施加载荷计算 后处理： 查看结果 1、建模 ①、确定jobname、title、unit； ②、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项； ③、定义单元实常数； ④、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可以是恒定的，也可以随温度变化； ⑤、创建几何模型并划分网格。 2、施加载荷计算 ①、定义分析类型 ②、施加载荷 ③、确定载荷步选项 ④、确定分析选项 3、后处理 ①、节点温度 ②、节点及