8-2传热及温度应力分析ANSYS算例

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1、TH-FEA(应用实例-UNIT2)清华大学曾攀UNIT2传热及温度应力分析ANSYS应用实例【ANSYS应用实例2.1】焊接接头稳态传热过程的数值模拟学习要点：【ANSYS应用实例2.2】桁架结构的温度及装配应力分析【ANSYS应用实例2.3】钢制圆柱冷却过程温度场的瞬态分析【ANSYS应用实例2.1】焊接接头稳态传热过程的数值模拟如图2-1所示，圆形的冷凝管通过法兰接头进行对接。接头的制作方法如下：先把法兰移动到圆管接头位置，然后沿圆周焊接两道次，把法兰连接到圆管上。用螺栓把两个法兰接头拉紧，法兰之间压上

2、一块垫片。圆管内的液体温度为0℃，蒸汽冷凝在圆管的外表面上，22蒸汽温度为100℃。圆管内表面换热系数为5000W/mK，外表面换热系数为20000W/mK。5圆管和法兰材料的导热系数为20W/mK，弹性模量为210×MPa，泊松比为0.3，线膨胀系−5数为2.1×10/K。分析在圆管和法兰内的稳态温度分布及热应力分布。图2-1一个典型的焊接接头建模要点u根据换热边界条件和接头几何结构，圆管接头内的传热是轴对称的。法兰接头的结合面是接头的对称面，只需要建立法兰接头的二分之一模型。圆管长度AB取156mm，焊接

3、接头o的斜度为45，接头截面形状及其几何参数如图2-2（a）所示。根据热量传递的对称性，截面上AH和BC边是绝热边界，边界AB、CDEFGH是对流换热边界。v在ANSYS环境中，设置分析类型、单元类型，输入材料参数。温度场分析选择8节点4边形单元PLANE77，热应力分析选择8节点4边形单元PLANE82。建立几何模型时，长度单位取mm，换热系数和导热系数的单元也要进行相应的换算。UNIT2-1TH-FEA(应用实例-UNIT2)清华大学曾攀é根据接头截面端点的坐标生成关键点，由关键点连接成直线段，由直线段构

4、成截面，再划分单元网格。在ANSYS中，轴对称分析的对称轴是y轴。è定义对流换热边界条件，先计算稳态场。再定义位移约束条件，稳态温度分布作为分布载荷定义到节点上，计算热应力分布。ê首先分析轴对称的稳态温度场，通过命令将转换单元类型转化为结构分析。通过结果文件读取命令读入温度场计算结果，把稳态温度场作为载荷施加到单元上，再定义单元属性、材料参数和约束条件。z在后处理中，以云纹图或等值线方式显示温度分布，通过命令以矢量图方式显示热流分布。{注意单位的换算和匹配

5、。(a)几何参数(b)有限元网格图2-2焊接接头的几何参数及有限元网格解答：以下为基于ANSYS图形界面(GUI)的菜单操作流程；注意：符号“→”表示针对菜单中选项的鼠标点击操作。1基于图形界面的交互式操作(stepbystep)(1)进入ANSYS程序→ANSYS→ANSYSProductLauncher→FileManagement,WorkingDirectory:D:analysis(设定工作目录)(Browse)，JobName:joint(设定工作文件)→Run(2)设置不显示日期和时间Util

6、ityMenu:PlotCtrls→WindowControls→WindowOptions→DATEDATE/TIMEdisplay:NODATEorTIME(3)设置计算类型MainMenu:Preferences…→selectThermal,steady→OK(4)选择单元类型MainMenu:Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete→Add→ThermalSolid，Quad8noda77→OKOption→K3:Axisymmetric→Close(5)定义

7、材料参数MainMenu:Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels→MaterialModelsAvailable→Thermal（双击打开子菜单）→Conductivity（双击）→Isotropic（双击）→KXX：0.02(导热系数)→OK→关闭材料定义菜单（点击菜单的右上角X）UNIT2-2TH-FEA(应用实例-UNIT2)清华大学曾攀(6)生成几何模型MainMenu:Preprocessor→Modeling→Create→Keypoints→InAct

8、iveCS→NPTKeypointnumber：1,XYZLocationinactiveCS：(77,0,0)→Apply→同样输入其余7个关键点坐标,分别为2(156，0，0),3(156，39，0),4(102，39，0),5(102，48，0),6(84，66，0),7(84，156，0),8(77，156，0)→OK→Areas→Arbitrary→ThroughKPs→PickAll→O