瞬态传热分析的定义

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188金宝博平台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。

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,首先必须将载荷~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。

对于每一个载荷步,必须定义载荷值及时间值,同时必须选择载荷步为渐变或阶越。

瞬态热分析中的单元及命令

瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同。要了解每个单元的详细说明,请参阅《ANSYS Element Reference Guide》

ANSYS 瞬态热分析的主要步骤

建模

加载求解

后处理

建模

确定jobname、title、units, 进入PREP7;

定义单元类型并设置选项;

如果需要,定义单元实常数;

定义材料热性能:一般瞬态热分析要定义导热系数、密度及比热;

建立几何模型;

对几何模型划分网格。

加载求解

1、定义分析类型

如果第一次进行分析,或重新进行分析

GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis>Transient

Command: ANTYPE,TRANSIENT,NEW

如果接着上次的分析继续进行(例如增加其它载荷)

GUI: Main Menu>Solution>Analysis Type>Restart

Command: ANTYPE,TRANSIENT,REST

2、获得瞬态热分析的初始条件

①、定义均匀温度场

如果已知模型的起始温度是均匀的,可设定所有节点初始温度

Command: TUNIF

GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Uniform Temp

如果不在对话框中输入数据,则默认为参考温度,参考温度的值默认为零,但可通过如下方法设定参考温度:

Command: TREF

GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Settings>Reference Temp

注意:设定均匀的初始温度,与如下的设定节点的温度(自由度)不同

Command: D

GUI: Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes

初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效;而设定节点温度将保持贯穿整个瞬态分析过程,除非通过下列方法删除此约束:

Command: DDELE

GUI: Main Menu> Solution>-Loads->Delete>-Thermal-Temperature>On Nodes

②、设定非均匀的初始温度

在瞬态热分析中,节点温度可以设定为不同的值:

Command: IC

GUI: Main Menu> Solution>Loads>Apply>-Initial Condit'n>Define

如果初始温度场是不均匀的且又是未知的,就必须首先作稳态热分析确定初始条件:

设定载荷(如已知的温度、热对流等)

将时间积分设置为OFF:

Command: TIMINT, OFF

GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time Integration

设定一个只有一个子步的,时间很小的载荷步(例如0.001):

Command: TIME

GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps

写入载荷步文件:

Command: LSWRITE

GUI: Main Menu> Preprocessor>Loads>Write LS File

或先求解:

Command: SOLVE

GUI: Main Menu> Solution>Solve>Current LS

注意:在第二载荷步中,要删去所有设定的温度,除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。

3、设定载荷步选项

①、普通选项

时间:本选项设定每一载荷步结束时的时间:

Command: TIME

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps

每个载荷步的载荷子步数,或时间增量

对于非线性分析,每个载荷步需要多个载荷子步。时间步长的大小关系到计算的精度。步长越小,计算精度越高,同时计算的时间越长。根据线性传导热传递,可以按如下公式估计初始时间步长:

其中为沿热流方向热梯度最大处的单元的长度,为导温系数,它等于导热系数除以密度与比热的乘积()。

Command: NSUBST or DELTIM

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps

如果载荷在这个载荷步是恒定的,需要设为阶越选项;如果载荷值随时间线性变化,则要设定为渐变选项:

Command: KBC

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps

②、非线性选项

迭代次数:每个子步默认的次数为25,这对大多数非线性热分析已经足够。

Command: NEQIT

GUI: Main Menu> Solution>-Load step opts>Nonlinear>Equilibrium Iter

自动时间步长:本选项为ON时,在求解过程中将自动调整时间步长。

Command: AUTOTS

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps

时间积分效果:如果将此选项设定为OFF,将进行稳态热分析。

Command: TIMINT

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time Integration

③、输出选项

控制打印输出:本选项可将任何结果数据输出到*.out 文件中

Command: OUTPR

GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Output Ctrls>Solu Printout

控制结果文件:控制*.rth的内容

Command: OUTRES

GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Output Ctrls>DB/Results File

?、存盘求解

后处理

ANSYS提供两种后处理方式:

POST1,可以对整个模型在某一载荷步(时间点)的结果进行后处理;

Command: POST1

GUI: Main Menu>General Postproc.

POST26,可以对模型中特定点在所有载荷步(整个瞬态过程)的结果进行后处理。

Command: POST26

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc

1、用POST1进行后处理

进入POST1后,可以读出某一时间点的结果:

Command: SET

GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Time/Freq

  如果设定的时间点不在任何一个子步的时间点上,ANSYS会进行线性插值。

此外还可以读出某一载荷步的结果:

GUI: Main Menu>General Postproc>Read Results>By Load Step

  然后就可以采用与稳态热分析类似的方法,对结果进行彩色云图显示、矢量图显示、打印列表等后处理。

2、用POST26进行后处理

首先要定义变量:

Command: NSOL or ESOL or RFORCE

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Define Variables

然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线:

Command: PLVAR

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>Graph Variables

或列表输出:

Command: PRVAR

GUI: Main Menu>TimeHist Postproc>List Variables

此外,POST26还提供许多其它功能,如对变量进行数学操作等,请参阅《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》