ANSYS热应力分析实例

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1、ANSYS热应力分析实例当一个结构加热或冷却时，会发生膨胀或收缩。如果结构各部分之间膨胀收缩程度不同，和结构的膨胀、收缩受到限制，就会产生热应力。7.1热应力分析的分类ANSYS提供三种进行热应力分析的方法：在结构应力分析中直接定义节点的温度。如果所以节点的温度已知，则可以通过命令直接定义节点温度。节点温度在应力分析中作为体载荷，而不是节点自由度间接法。首先进行热分析，然后将求得的节点温度作为体载荷施加在结构应力分析中。直接法。使用具有温度和位移自由度的耦合单元，同时得到热分析和结构应力分析的结

2、果。如果节点温度已知，适合第一种方法。但节点温度一般是不知道的。对于大多数问题，推荐使用第二种方法—间接法。因为这种方法可以使用所有热分析的功能和结构分析的功能。如果热分析是瞬态的，只需要找出温度梯度最大的时间点，并将此时间点的节点温度作为荷载施加到结构应力分析中去。如果热和结构的耦合是双向的，即热分析影响结构应力分析，同时结构变形又会影响热分析（如大变形、接触等），则可以使用第三种直接法—使用耦合单元。此外只有第三种方法可以考虑其他分析领域（电磁、流体等）对热和结构的影响。7.2间接法进行热应

3、力分析的步骤首先进行热分析。可以使用热分析的所有功能，包括传导、对流、辐射和表面效应单元等，进行稳态或瞬态热分析。但要注意划分单元时要充分考虑结构分析的要求。例如，在有可能有应力集中的地方的网格要密一些。如果进行瞬态分析，在后处理中要找出热梯度最大的时间点或载荷步。表7-1热单元及相应的结构单元热单元结构单元LINK32LINK1LINK33LINK8PLANE35PLANE2PLANE55PLANE42SHELL57SHELL63PLANE67PLANE42LINK68LINK8SOLID79

4、SOLID45MASS71MASS21PLANE75PLANE25PLANE77PLANE82PLANE78PLANE83PLANE87PLANE92PLANE90PLANE95SHELL157SHELL63重新进入前处理，将热单元转换为相应的结构单元，表7-1是热单元与结构单元的对应表。可以使用菜单进行转换：MainMenu>Preprocessor>ElementType>SwitchElementType，选择ThermaltoStructual。但要注意设定相应的单元选项。例如热单元的轴

5、对称不能自动转换到结构单元中，需要手工设置一下。在命令流中，可将原热单元的编号重新定义为结构单元，并设置相应的单元选项。设置结构分析中的材料属性（包括热膨胀系数）以及前处理细节，如节点耦合、约束方程等。读入热分析中的节点温度，GUI：Solution>LoadApply>Temperature>FromThermalAnalysis。输入或选择热分析的结果文件名*.rth。如果热分析是瞬态的，则还需要输入热梯度最大时的时间点或载荷步。节点温度是作为体载荷施加的，可通过UtilityMenu>Li

6、st>Load>BodyLoad>Onallnodes列表输出。设置参考温度，MainMenu>Solution>LoadSetting>ReferenceTemp。进行求解、后处理。7.3间接法热应力分析实例7.3.1　问题描述图7-1冷却栅示意图热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为1.25Btu/hr-in-oF，弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。管内压力为1000lb/in2，管内流体温度为450oF，对流系数为1Btu

7、/hr-in2-oF,外界流体温度为70oF，对流系数为0.25Btu/hr-in2-oF。求温度及应力分布。7.3.2　菜单操作过程7.3.2.1设置分析标题1、选择“UtilityMenu>File>ChangeTitle”，输入Indirectthermal-stressAnalysisofacoolingfin。2、选择“UtilityMenu>File>ChangeFilename”，输入PIPE_FIN。7.3.2.2进入热分析，定义热单元和热材料属性1、选择“MainMenu>Pr

8、eprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete”，选择PLANE55，设定单元选项为轴对称。2、设定导热系数：选择“MainMenu>Preprocessor>MaterialPorps>MaterialModels”，点击Thermal，Conductivity，Isotropic，输入1.25。7.3.2.3创建模型1、创建八个关键点，选择“MainMenu>Preprocessor>Creat>Keypoints>OnActiveCS”，关键点的坐标如下：编号