Ansys 第36例热应力分析间接法实例液体管路doc资料Word文档下载推荐.docx

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但需注意的是：

稳态热分析必须定义材料的导热系数。

2．施加载荷和求解

（1）指定分析类型。

MainMenu→Solution→AnalysisType→NewAnalysis,选择Static.

（2）施加载荷。

可以施加的载荷有恒定的温度、热流率、对流、热流密度、生热率，MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Thermal.

（3）设置载荷步选项。

普通选项包括时间（用于定义载荷步和子步）、每一载荷步的子步数，以及阶跃选项等,MainMenu→Solution→LoadStepOpts→Time/Frequenc→Time→TimeStep.

非线性选项包括：

—迭代次数（默认25），MainMenu→Solution→LoadStepOpts→Nonlinear→EquilibriumIter;

打开自动时间步长，MainMenu→Solution→LoadStepOpts→Time/Frequenc→Time→TimeStep等.

输出选项包括：

控制打印的输出，MainMenu→Solution→LoadStepOpts→OutputCtrls→SoluPrintout;

控制结果文件的输出，MainMenu→Solution→LoadStepOpts→OutputCtrls→DB/ResultsFileo

（4）设置分析选项。

牛顿—拉普森选项（仅对非线性分析有用）。

选择求解器。

确定绝对零度（在热辐射分析时使用）。

（5）求解。

3.查看结果稳态热分析使用POST1后处理器查看结果，对于热应力计算而言，查看结果不是必要的。

36.1.2结构分析

与一般的结构分析过程大致相同，不同的有以下几点。

（1）转换单元。

将热单元转换为相应的结构单元，并设置需要的单元选项，MainMenu→Preprocessor→ElementType→SwitchElemTypeo

2）设置结构分析的材料属性，例如，热膨胀系数、弹性模量、泊松比等。

设置前处理细节，例如，节点耦合等，MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels。

（3）读入热分析得到的节点温度，MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Temperature→FromThermAnaly。

（4）指定参考溫度，当计算热膨胀大小时，温度差等于节点温度减去参考温度，MainMenu→Solution→DefineLoads→Settings→ReferenceTempo

36.2问题描述

某液体管路内部通有液体，外部包裹有保温层，保温层与空气接触如图36-1所示。

已知管路由铸铁制造，其导热系数为70W/（m.℃），弹性模量为2xl011N/m2，泊松比为0.3，热膨胀系数为1.2x10-6/℃；

保温层的导热系数为0.02W/（m．℃），弹性模量为2x1010N／m2，泊松比为0.4，热膨胀系数为1.2x10-6/℃；

管路内液体压力为0.3MPa，温度为70℃，对流换热系数为1W/（m2．℃）；

空气温度为-40℃，对流换热系数为0.5W/（m2．℃）。

图36-1液体管路

试分析管路内热应力的情况。

36.3分析步骤

36.3.1改变任务名

拾取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname，弹出如图36-2所示的对话框，在“[／FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE36，单击“OK”按钮。

图36-2改变任务名对话框

36.3.2选择单元类型

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete,弹出“ElementTypes”对话框，单击其“Add…”按钮，弹出如图36-3所示的对话框，在左侧列表中选“ThermalSolid”，在右侧列表中选“8node77”，单击“OK”按钮，返回到“ElementTypes”对话框，选中“TypelPLANE77”，单击“Options”按钮，弹出如图36-4所示的对话框，选择“K3”下拉列表框为“Axisymmetric”，单击“OK”按钮，然后单击如图36-3所示对话框的“Close”按钮。

图36-3单元类型库对话框

图36-4单元选项对话框

36.3.3定义材料模型

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels，弹出如图36-5所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Thermal”、“Conductivity”、“Isotropic”，弹出如图36-6所示的对话框，在“KXX”文本框中输入70（导热系数），单击“OK”按钮。

单击如图36-5所示对话框的菜单项Material→NewModel，单击所弹出“DefineMaterialID”对话框中的"

OK”按钮，然后重复定义材料模型1时的各步骤，定义材料模型2的导热系数为0.02，最后关闭如图36-5所示的对话框。

图36-5材料模型对话框

图36-6材料特性对话框

36.3.4创建矩形面，模拟金属管路和保温层

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→ByDimension，弹出如图36-7所示的对话框，在“Ⅺ，X2“文本框中分别输入0.14，0.15，在“Y1，Y2”文本框中分别输入0，1，单击“Apply”按钮。

再次弹出如图36-7所示的对话框，在“Xl，X2”文本框中分别输入0.15，0.2，在“Y1，Y2”文本框中分别输入0，1，单击“按钮。

”OK”按钮。

图36-7创建矩形对话框

36.3.5黏结面

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Glue→Areas,弹出拾取窗口，单击“PickAll”按钮。

36.3.6显示面号

拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Numbering,在所弹出“PlotNumberingControls”对话框中，将AreaNumbers（面号）打开，单击“OK”按钮。

36.3.7划分单元

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Meshing→MeshTool，弹出如图36-8所示的对话框。

选择“ElementAttributes”的下拉列表框为“Areas”，单击下拉列表框后面的“Set”按钮，弹出拾取窗口，选择面1，单击拾取窗口中的“OK”按钮，弹出“AreasAttributes”对话框，选择“MAT”下拉列表框为1，单击“Apply”按钮，再次弹出拾取窗口，选择面3，单击拾取窗口中的“OK”按钮，选择“AreasAttributes”对话框的“MAT”下拉列表框为2，单击“OK”按钮。

图36-8单元工具对话框

图36-9单元尺寸对话框

单击“SizeControls”区域中“Global”后面的“Set”按钮，弹出如图36-9所示的对话框，，在“SIZE”文本框中输入0.01，单击“OK”按钮。

在如图36-8所示对话框中的“Mesh”区域，选择单元形状为“Quad”（四边形），选择划分单元的方法为“Mapped”（映射），单击“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取面1和面3，单击“OK”按钮。

36.3.8施加对流边界条件

拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Thermal→Convection→OnLines，弹出拾取窗口，拾取最左面一条直线（即x坐标最小的直线），单击“OK”按钮，弹出如图36-10所示的对话框，在“VAL1”文本框中输入1，在“VAL2I”文本框中输入70，单击“OK”按钮。

再次执行命令，弹出拾取窗口，拾取最右面一条直线（即x坐标最大的直线），单击“OK”按钮，弹出如图36-10所示的对话框，在“VAL1”文本框中输入0.5，在“VAL2I”文本框中输入-40，单击”OK“按钮。

图36-10施加对流边界条件对话框

36.3.9求解

拾取菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS，单击“SolveCurrentLoadStep"

对话框中的“OK”按钮，当出现“Solutionisdone!

”提示时，求解结束。

以下进行结构分析。

36.3.10转换热单元为结构单元

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→SwitchElemType,弹出如图36-11所示的对话框，选择“Changeelementtype”下拉列表框为“ThermaltoStruc”，单击”OK”按钮。

图36-11转换单元类型对话框

36.3.11设定单元轴对称选项

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete弹出“ElementTypes”对话框，单击其“Options”按钮，弹出如图36-12所示的对话框，选择“K3”下拉列表框为“Axisymmetric”，单击“OK”按钮，然后单击“ElementTypes”对话框的“Close”按钮。

图36-12单元选项对话框

36.3.12定义村料模型

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels，弹出如图36-5所示的对话框，在左侧列養冲选中“MaterialModelNumber1”，在右侧列表中依农拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出如图36-13所示的对话框，在“EX”文本框中输入2e11（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比），单击“OK”按钮再在如图36_5所示对话框的右侧列表中依次拾取“Structural”、“ThermalExpansion”、“SecantCoefficient”、“Isotropic”，弹出如图36-14所示的对话框，在“ALPX”文本框中输入1.2e-5（线膨胀系数），然后单击“OK”按钮。

图36-13材料特性对话框

（一）

图36-14材料特性对话框

（二）

选择如图36-5所示对话框左侧列表中的“MaterialModelNumber2”，用与MaterialModelNumber1同样的方法，定义弹性模量EX为2e10、泊松比PRXY为0.4、线膨胀系数ALPX为1.2e-6。

最后关闭如图36-5所示的对话框。

36.3.13施加约束

拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnLines，弹出拾取窗口，拾取水平方向的所有直线（即长度较短的4条直线），单击“OK”按钮，弹出如图36-15所示的对话框，在列表中选择“UY”，单击“OK”按钮。

图36-15施加约束对话框

36.3.14施加压力载荷

拾取菜单MainMenu→Solution-Define→Loads→Apply→Structural→Pressure→OnLines，弹出拾取窗口，拾取最左面一条直线（即x坐标最小的直线），单击“OK”按钮，弹出如图36-16所示的对话框，在“VALUE”文本框中输入3e5，单击“OK”按钮。

图36-16施加压力载荷对话框

36.3.15读入热分析所得到的节点温度

拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Temperature→FromThermAnaly，弹出如图36-17所示的对话框，在“Fame”文本框中输入EXAMPLE36．Roth或者单击“Browse…”按钮在ANSYS工作文件夹中选择同一文件，单击“OK”按钮。

图36-17从热分析读入节点温度对话框

36.3.16指定参考温度

拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Settings→ReferenceTemp,弹出如图36-18所示的对话框，在“TREF”文本框中输入20，单击“OK”按钮。

图36-18定义参考温度对话框

在计算热膨胀大小时，温度差等于节点温度减去参考温度，参考温度的默认值为0。

36.3.17求解

拾取菜单MainMenu→Solution→Solve→CurrentLS，单击“SolveCurrentLoadStep”对话框中的“OK”按钮，当出现“Solutionisdone!

”提示时，求解结束，即可查看即可查看结果。

36.3.18查看结果，用等高线显示VonMises应力

拾取菜单MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu，弹出“ContourNodalSolutionData”对话框，在列表中依次选择”NodalSolution→Stress→vonMisesSEQV”（第四强度理论的等效应力），单击“OK”按钮。

结果如图36-19所示，可以看出，VonMises应力的最大值为0.588x108Pa，即58.8MPa。

图36-19液体管路的VonMises应力

第37例热应力分析（直接法）实例-液体管路

本例介绍了利用直接法进行热应力计算的方法和步骤，与间接法相比，直接法步骤更简捷，但要使用耦合单元进行非线性分析，计算量较大。

37.1概述

与一般的分析过程相似，只是要使用耦合单元，并同时施加结构分析和热分析的约束和载荷。

37.2问题描述

为了与间接法进行热应力计算相对比，本例采用了与第36例相同的模型一液体管路。

7.3分析步骤

37.3.1改变任务名

拾取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname，弹出如图37-1所示的对话框，在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE37，单击”OK“按钮。

图37-1改变任务名对话框

37.3.2选择单元类型

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete，弹出“ElementTypes”对话框，单击其“Add．。

，”按钮，弹出如图37-2所示的对话框，在左侧列表中选“CoupledField”，在右侧列表中选“VectorQuad13”，单击“OK”按钮，返回到“ElementTypes”对话框，选中“TypelPLANE13”，单击“Options”按钮，弹出如图37-3所示的对话框，选择“K1”下拉列表框为“UXUYTEMPAZ”，选择“K3”下拉列表框为“Axisymmetric”，单击“OK”按钮，单击如图37-2所示对话框中的“Close”按钮。

图37-2单元类型库对话框

图37-3单元选项对话框

37.3.3定义材料模型

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels，弹出如图37-4所示的对话框，在右侧列表中依次拾取“Thermal”、“Conductivity”、“Isotropic”，弹出如图37-5所示的对话框，在“KXX”文本框中输入70（导热系数），单击"

OK”按钮；

再在右侧列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出如图37-6所示的对话框，在“EX”文本框中输入2ell（弹性模量），在“PRXY”文本框中输入0.3（泊松比），单击“OK”按钮；

再在右侧列表中依次拾取“Structural”、“ThermalExpansion”、“SecantCoefficient”、“Isotropic”，弹出如图37-7所示的对话框，在“ALPX”文本框中输入1.2e-5（线膨胀系数），单击“OK”按钮。

单击如图37-4。

所示对话框的菜单项Material→NewModel，单击所弹出“DefineMaterialID”对话框中的“OK”按钮，然后重复定义材料模型1时的各步骤，定义材料模型2的导热系数KXX为0.02、弹性模量EX为2e10、泊松比PRXY为0.4、线膨胀系数ALPX为1.2e-6。

最后关闭如图37-4所示的对话框。

图37-4材料模型对话框

图37-5材料特性对话框

（一）

图37-6材料特性对话框

（二）

图37-7材料特性对话框（三）

37.3.4创建矩形面，模拟金属管路和保温层

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Create→Areas→Rectangle→ByDimension，弹出如图37-8所示的对话框，在“X1，x2”文本框中分别输入0.14，0.15，在“Y1，Y2”文本框中分别输入0，1，单击“Apply”按钮。

再次弹出如图37-8所示的对话框，在“Xl，X2”文本框中分别输入0.15，0.2，在“Y1，Y2”文本框中分别输入0，1，单击”OK“按钮。

图37-8．创建矩形对话框

37.3.5黏结面

拾取菜单MainMenu→Preprocessor→Modeling→Operate→Booleans→Glue→Areas。

弹出拾取窗口，单击“PickAll”按钮。

37.3.6显示面号

拾取菜单UtilityMenu→PlotCtrls→Numbering,将所弹出“PlotNumberingControls”对话框中的AreaNumbers（面号）打开，单击”OK“按钮。

37.3.7划分单元

拾取菜单MainMenu→Meshing→MeshTool，弹出如图37-9所示的对话框。

选择“ElementAttributes”下拉列表框为“Areas”，单击下拉列表框后面的“Set”按钮，弹出拾取窗口，选择面1，单击拾取窗口中的“OK”按钮，弹出"

AreasAttributes”对话框，选择“MAT”下拉列表框为1，单击“Apply”按钮，再次弹出拾取窗口，选择面3，单击拾取窗口中的“OK”按钮，选择“AreasAttributes”对话框的“MAT”下拉列表框为2，单击"

OK"

按钮。

单击“SizeControls”区域中“Global”后面的“Set”按钮，弹出如图37-10所示的对话框，在“SIZE”文本框中输入0.01，单击“OK”按钮。

在如图37-9所示对话框的“Mesh”区域，选择单元形状为"

Quad”（四边形），选择划分单元的方法为““Mapped”（映射），单击“Mesh”按钮，弹出拾取窗口，拾取面1和面3，单击“OK”按钮。

图37-9单元工具对话框

图37-10单元尺寸对话框

37.3.8流边界条件施加对流

拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Thermal→Convection→OnLines，弹出拾取窗口，拾取最左面一条直线（即x坐标最小的直线），单击“OK”按钮，弹出如图37-11所示的对话框，在“VALI”文本框中输入1（对流换热系数），在“VAL2I”文本框中输入70（温度），单击“OK”按钮，再次执行命令，弹出拾取窗口，拾取最右面一条直线（即x坐标最大的直线），单击“OK”按钮，弹出如图37-11所示的对话框，在“VAL1”文本框中输入0.5（对流换热系数），在“VAL2I”文本框中输入-40（温度），单击“OK”按钮。

图37-11施加对流边界条件对话框

3.3.9施加约束

拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Displacement→OnLines，弹出拾取窗口，拾取水平方向的所有直线（即长度较短的4条直线），单击“OK”按钮，弹出如图37-12所示的对话框，在列表中选择“UY”，单击“OK”按钮。

图37-12施加约束对话框

37.3.10施加压力载荷

拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Apply→Structural→Pressure→OnLines，弹出拾取窗口，拾取最左面一条直线（即x坐标最小的直线），单击“OK”按钮，弹出如图37-13所示的对话框，在“VALUE”文本框中输入3e5，单击“OK”按钮。

图37-13施加压力载荷对话框

37.3.11指定参考温度

拾取菜单MainMenu→Solution→DefineLoads→Settings→ReferenceTemp，弹出如图37-14所示的对话框，在“TREF文本框中输入20，单击“OK”按钮。

当计算热膨胀大小时，溫度差等于节点温度减去参考温度，参考温度的默认值为0。

图37-14定义参考温度对话框

37.3.12求解

”提示时，求解结束，即可查看结果。

37.3.13查看结果，用等高线显示vonMises应力

拾取菜单MainMenu→GeneralPostproc→PlotResults→ContourPlot→NodalSolu，弹出“ContourNodalSolutionData"

对话框，在列表中依次选择“NodalSolution-‘Stress-*vonMisesSEQV”（第四强度理论的等效应力），单击“OK”按钮。

结果如图37-15所示，可以看出，分析结果与间接法完全相同。

图37-15液体管路的vonMises应力图