Ansys耦合热分析教程课件.ppt

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1、第10章耦合场分析(以热—应力为重点)什么是耦合场分析?耦合场分析考虑两个或两个以上的物理场之间的相互作用。这种分析包括直接和间接耦合分析。当进行直接耦合时,多个物理场（如热—电）的自由度同时进行计算。这称为直接方法，适用于多个物理场各自的响应互相依赖的情况。由于平衡状态要满足多个准则才能取得，直接耦合分析往往是非线性的。每个结点上的自由度越多，矩阵方程就越大，耗费的机时也越多。下表列出了ANSYS中可以用作直接耦合分析的单元类型。不是所有单元都有温度自由度。什么是耦合场分析?(续)间接耦合分析是以特定

2、的顺序求解单个物理场的模型。前一个分析的结果作为后续分析的边界条件施加。有时也称之为序贯耦合分析。本分析方法主要用于物理场之间单向的耦合关系。例如，一个场的响应（如热）将显著影响到另一个物理场（如结构）的响应，反之不成立。本方法一般来说比直接耦合方法效率高，而且不需要特殊的单元类型。本章中我们只讨论涉及热的耦合现象。请注意并非所有ANSYS产品都支持所有耦合单元类型和分析选项。例如，ANSYS/Thermal产品只提供热—电直接耦合。详细说明参见Coupled-FieldAnalysisGuide。间接

3、方法间接方法用于求解间接耦合场问题。它需要连续进行两个单场的分析(而不是同时)，第一种分析的结果作为第二种分析的载荷。如:热结构热结构许多问题需要热到结构的耦合(温度引起的热膨胀)但反之不可结构到热耦合是可以忽略的(小的应变将不对初始的热分析结果产生影响)在实用问题中，这种方法比直接耦合要方便一些，因为分析使用的是单场单元，不用进行多次迭代计算。间接方法-例题叶片和盘中的温度会产生热膨胀应变。这会显著影响应力状态。由于应变较小，而且接触区域是平面对平面的，因此温度解不用更新。DiskSectorAirf

4、oilPlatformRoot下面是有关热现象的一些可以使用间接耦合方法进行分析的例子:热-结构:透平机叶片部件分析这种分析又叫做热应力分析。这合非常典型的分析类型将在后面有更加详细的描述。同时，确认网格划分的密度在所有物理环境中都能得到可以接收的结果。如：物理环境方法允许载一个模型中定义最多9种物理环境。这种方法当考虑多于两个场的相互作用时或不能在每个环境中使用不同的数据库文件的情况下比较适用。要得到关于间接问题的物理环境方法，可以参考《耦合场分析指南》的第二章。物理环境(续)这种划分方法在热分析中可

5、以得到满意的温度分布，但......这样的网格密度在结构分析中才能得到准确的结果。热-应力分析在本章的后面部分，我们考虑一种最常见的间接耦合分析；热-应力分析。热-应力分析是间接问题，因为热分析得到的温度对结构分析的应变和应力有显著的影响，但结构的响应对热分析结果没有很大的影响。既然热-应力分析只涉及到两个场之间的连续作用，我们可以使用手工方法(MM)进行顺序耦合而不必使用相对复杂的物理环境方法(PEM)。这里是手工方法的几个优点和缺点:优点:在建立热和结构模型时有较少的限制。例如，属性号码和网格划分在

6、热和结构中可以不同。PEM需要所有的模型都是一致的。MM方法是简单而且适应性强的，ANSYS和用户都对它进行了多年的检验。缺点:用户必须建立热和结构数据库和结果文件。这与单独模型的PEM方法对比，需要占用较多的存储空间。MM如果再考虑其它场时会比较麻烦。基本过程在热-应力分析中，由温度求解得到的节点温度将在结构分析中用作体载荷。当在顺序求解使用手工方法时将热节点温度施加到结构单元上有两种选项。选择的原则在于结构模型和热模型是否有相似的网格划分:如果热和结构的单元有相同的节点号码...1热模型自动转换为结

7、构模型，使用ETCHG命令(见相应单元表格)。温度可以直接从热分析结果文件读出并使用LDREAD命令施加到结构模型上。基本过程(续)如果热和结构模型的网格有不同的节点号码...结构单元与热模型网格划分不同，为了得到更好的结构结果。结构体载荷是从热分析中映射过来。这需要一个较复杂的过程，使用BFINT命令对热结果插值(不能使用物理环境)。下面对比一下使用相同或不同网格的区别。2热-应力分析流程图相同网格?5A.将热模型转换为结构模型(ETCHG)5a.清除热网格并建立结构网格Yes(Option1)No

8、(Option2)5B.读入热载荷(LDREAD)5b.写节点文件(NWRITE)并存储结构文件5c.读入热模型并进行温度插值(BFINT)5d.读入结构模型并读入体载荷文件(/INPUT)6.指定分析类型，分析选项和载荷步选项7.指定参考温度并施加其它结构载荷8.存储并求解9.后处理结束1.建立，加载，求解热模型2.后处理确定要传到结构的温度3.设置GUI过滤，改变工作文件名并删除热载荷，CEs,CPs4.定义结构材料特性开始流程细节1