《钢球温度场分析》word版

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1、罗红润—201071309—机械设计及理论—luohongrun@163.com—13227667995钢球温度场分析问题描述：半径为20mm的钢球，其导热系数为k=24W/m℃，密度r=7840kg/m3，热容Cs=550J/kg℃，初始温度为T0=940℃。将此钢件置于温度为Tf=80℃，换热系数为h=300W/m2℃的介质中冷却，计算此钢球冷却过程的温度分布及其演化。根据问题的对称性，此问题可以作为轴对称问题进行分析，取圆球截面的1/4。一、生成几何模型按照ANSYS软件的约定，轴对称问题必

2、须以Y轴作为对称轴。（1）生成关键点：mainmenu>preprocessor>modeling>create>keypoints>inactivecs生成K1（0，0），K2（20，0），K3（0，20）。（2）在直角坐标系中生成两条直边，mainmenu>preprocessor>modeling>create>lines>lines>straightline连接K1、K2生成一条直边，连接K1、K3生成第二条直边。（3）在圆柱坐标系中生成圆弧线段，Utilitymenu>workplane

3、>changeactivecsto>globalcylindrical（4）将当前坐标系设定为圆柱坐标系，mainmenu>preprocessor>modeling>create>lines>lines>inactivecoord（5）连接K2、K3生成圆弧线段。罗红润—201071309—机械设计及理论—luohongrun@163.com—13227667995Utilitymenu>workplane>changeactivecsto>globalcartesian（6）将当前坐标系重新设

4、定为直角坐标系。mainmenu>preprocessor>modeling>create>areas>arbitrary>bylines选择三个线段，apply/ok，构成面。二、生成有限元模型1）选择单元类型mainmenu>preprocessor>elementtype>add/edit/delete点击按钮“Add…”，弹出单元库选择界面：选择ThermalSolid，Quad8node77。点击按钮“Option…”，在[K3]域选择单元为轴对称类型。2）定义材料参数mainmenu>

5、preprocessor>materialprops>materialmodels在弹出的“DefineMaterialModelBehavior”界面中双击Thermal，双击Conductivity>isotropic，输入导热系数24；双击SpecificHeat，输入热容550；双击Density，输入密度7840。罗红润—201071309—机械设计及理论—luohongrun@163.com—132276679953）划分单元罗红润—201071309—机械设计及理论—luohongr

6、un@163.com—13227667995mainmenu>preprocessor>meshing>sizecntrls>smartsize>basic选择单元划分密度水平6。4）划分网格mainmenu>preprocessor>meshing>mesh>areas>free拾取几何实体，ok。有限元模型如下图所示。三、施加约束和载荷瞬态温度场分析要给定初始温度场、换热条件，在这里设定钢球的初始温度、换热系数和介质温度。（1）设定均匀分布的初始温度为940。mainmenu>solution

7、>define>loads>apply>thermal>temperature>uniformtemp罗红润—201071309—机械设计及理论—luohongrun@163.com—13227667995（2）介质温度的设置mainmenu>solution>define>loads>apply>thermal>convection>onlines选择换热边界线段，在“ApplyCONVonLines”对话框中指定换热系数。当换热系数为常数时，在[VALI]域输入换热系数，在[VAL2I]域输入

8、介质温度。罗红润—201071309—机械设计及理论—luohongrun@163.com—13227667995四、求解mainmenu>solution>analysistype>newanalysis确定计算类型，选择Transient。mainmenu>solution>loadstepopts>outputctrls>db/resultsfile选择Everysubstep保存每个时间步的计算结果。罗红润—201071309—机械设计及理论—luohongrun@163.