热-应力耦合分析(ansys教程)

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1、第20章热-应力耦合分析引子：考虑两块焊在一起的板，它们有不同的热膨胀系数。如果复合材料棒的右半部分的热膨胀系数大于左半部分，当其受热时将会发生图示的弯曲现象，因为右半部分伸长比左半部分多。问题：如何施加热载荷？如何进行耦合分析？20.1热应力的产生当一个结构被加热或冷却时，如果满足下列条件，则在结构中只会发生自由热膨胀，不会有应力出现：均匀只约束刚体运动在整个结构中除了一个均匀的温度变化外没有其它载荷然而，如果温度变化均匀，但有其它的约束，或者有不同的热膨胀系数，那么结构中将会产生热应力。20.1热应力的产生(

2、续)结构受热或变冷时，由于热胀冷缩产生变形若变形受到某些限制—如位移受到约束或施加相反的力—则在结构中产生热应力产生热应力的另一个原因是由于材料不同而形成的不均匀变形(如,不同的热膨胀系数)约束产生热应力材料不同产生热应力20.2求解热-应力问题的方法在ANSYS中解决热-应力问题的方法有两种：20.2求解热-应力问题的方法(续)间接耦合传统方法：使用两种单元类型，将热分析的结果做为结构温度载荷当运行很多热瞬态时间点但结构时间点很少时效率较高可以很容易地用输入文件实现自动处理直接耦合新方法：使用一种单元类型就能求

3、解两种物理问题热问题和结构现象之间可实现真正的耦合在某些分析中可能耗费过多的时间20.3间接耦合热分析结构分析jobname.rthjobname.rst温度间接耦合涉及到两个分析：1.首先做一个稳态(或瞬态)热分析建立热单元模型施加热载荷求解并查看结果2.然后做静力结构分析把单元类型转换成结构单元定义包括热膨胀系数在内的结构材料属性施加包括从热分析得到的温度在内的结构载荷求解并查看结果20.4间接耦合的分析过程采用间接耦合法进行热－应力耦合分析的全过程1.进行瞬态或稳态的热分析以得到结点温度2.查看结果，并确定

4、温度梯度较大的时间点(或载荷步)MainMenu:GeneralPostProc>在每个对话框中输入对应值20.4间接耦合的分析过程(续)3.删除热载荷，并将分析从热分析转换到结构分析MainMenu:Preferencesa.选择结构分析。b.单击OK。注意：如果在开始分析时没有明确指定热分析，则不需要转换分析类型。20.4间接耦合的分析过程(续)4.将单元类型从热分析转换到结构分析MainMenu:Preprocessor>ElementType>SwitchElementType或用ETCHG命令a.选择“

5、thermaltostructure”b.单击OK注意：转换单元类型时，将把所有的单元选项重新设置回它们原来的缺省设置。例如：若用户在热分析中使用的是2-D轴对称单元，则需要在转换后重新指定轴对称选项。因此，一定要确保设置正确的单元选项。20.4间接耦合的分析过程(续)5.验证单元选项设置MainMenu:Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Deletea.选定单元类型，然后选择Option…b.验证,如果需要可以更改c.选择OK或使用ETLIST和KEYOPT命令20.4间接耦合

6、的分析过程(续)6.定义结构的材料特性(EX等)，特别注意不要忘记输入热膨胀系数(ALPX)和其它建模细节MainMenu:Preprocessor>MaterailProps>-Constant-Isotropica.单击OKb.输入结构的材料特性值，包括热膨胀系数ALPX，然后单击OK注意：如果没有定义ALPX或将该项设置为0，则不能计算热应变。用户可以使用该项技巧“关闭”温度的影响!20.4间接耦合的分析过程(续)7.指定静力分析类型和分析选项。a.选择分析类型（缺省是静态，该步仅在热分析类型为瞬态时使用）

7、MainMenu:Solution>-AnalysisType->NewAnalysis20.4间接耦合的分析过程(续)b.选择分析选项MainMenu:Solution>AnalysisOptions20.4间接耦合的分析过程(续)8.施加结构载荷并包括温度作为加载的一部分MainMenu:Solution>-Load-Apply>-Structure-Temperature>FromThermAnalya.输入期望的载荷步和子步号(缺省为第一个载荷步和最后一个子步)b.选择热分析的结果文件，以rth为扩展名c

8、.单击OK20.4间接耦合的分析过程(续)9.画图核定温度a.PlotCtrls>Symbols.b.ChooseNoneinBoundaryCond.Symbolc.Turn“bodyloadsymbol”to“structuraltemps”d.ChooseDonotreplot10.指定载荷步选项MainMenu:Solution在每个对话框中输入对应值11.开始求