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》