基于ansys的热板温度场模拟与优化设计

《基于ansys的热板温度场模拟与优化设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、18模具工业2010年第36卷第9期基于ANSYS的热板温度场模拟与优化设计1121刘红,阮灵伟,蒋兰芳,胡立大(1.浙江工业大学机械学院,浙江杭州310014;2.浙江工业大学之江学院,浙江杭州310024)摘要:针对热板表面温差偏大问题进行三维有限元温度场分析,用参数化设计语言(APDL)编写优化分析文件,再调用ANSYS的优化设计模块,采用综合优化法对热管间距和热管功率进行优化分析。结果显示,优化方案较原设计方案热板表面最大温差降低61%,效果显著,为优化热板温度场提供一种快速、科学的方法。关键词:温度场;模拟;优化设计;热板中图分类号:T

2、G241;TQ320.661文献标识码:B文章编号:1001-2168(2010)09-0018-04ANSYS-basedstimulationandoptimizationdesignofheatingplatetemperaturefield1121LIUHong,RUANLing_wei,JIANGLan_fang,HULi_da(1.CollegeofElectro_MechanicalEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou,Zhejiang310014,China;2.Z

3、hijiangCollege,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou,Zhejiang310024,China)Abstract:Todecreasethebigtemperaturedifferenceonhotplatesurface,a3Dfiniteelementanalysisonthetemperaturefieldwasmade.ThenanoptimizedanalysisdocumentwaswrittenbyANSYSparametricdesignlanguage(APDL)andth

4、eoptimaldesignmodulesofANSYSwerecalledtostudythespacingandthermalpowerofheatpipes.Theresultsindicatethatthemaximumsurfacetemperaturedifferenceintheoptimizationschemecanbedecreasedby61%.Keywords:temperaturefield;simulation;optimizationdesign;hotplate1引言化方法,以热管间距和热管功率为设计变量,热板表热

5、板是一种广泛应用于橡胶注射机、平板硫化面最大温差为目标函数进行优化,以达到减小温差机等成型机械的加热设备。在传统的热板设计中,的目的,为优化热板温度场提供一种快速、科学的方通常采用热管等间距、等功率排布,忽略了热板的法。传热特性,往往造成热板表面温差偏大,影响模具加热效果,进而影响产品性能。因此,研究如何降低2热板温度场模拟热板表面温差具有重要意义。近年来,研究人员就2.1热板传热模型的简化如何减小热板表面温差的问题做了一定研究。花丹对热板的传热过程做以下基本假设:[1]红等通过正交试验法,对热管功率排布和热电偶(1)周围空气温度恒定。[2][3

6、]位置进行了优化。李爽等利用ISIGHT与ANSYS集(2)热管产生的热量全部传递给热板。成的方法,优化了热管排布间距。目前,还未见文献(3)热板表面与周围空气以热对流方式进行热同时对热管间距和热管功率分布进行优化。量交换。以下基于ANSYS软件,以常用的QLB_D400×(4)不考虑传热过程中的辐射散热。400×2型平板硫化机热板为例,在有限元温度场分(5)不考虑材料物性参数和边界条件随温度的析的基础上,提出先零阶优化再一阶优化的综合优变化。——————————————————————在以上基本假设的基础上,根据传热模型的对收稿日期:2010-

7、05-21。称性,选取其1/4模型作为热板传热分析和优化设作者简介:刘红(1960-),男,浙江杭州人,教授,主要从事模具CAD/CAE方向研究,地址:浙江省杭州市浙江工业大学研282信计的简化模型(见图1)。箱,(电话)13858057408,(电子信箱)ruanlw@126.com。模具工业2010年第36卷第9期19ANSYS软件进行瞬态温度场求解。热板温度分布云图和热板表面温度分布云图见图2、3。图1热板简化模型2.2数学模型三维无内热源瞬态温度场在直角坐标系中的[4]微分方程为:222θθθθρCpt=k(2x2+22+2z2)(1)y

8、图2热板温度分布云图式中:θ———瞬态温度,℃;t———时间,s;k———材料3导热系数,W/(m·℃);ρ———材料的密度,kg/m;