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1、热-应力分析第三讲（C）热-应力分析本章简要描述如何作热-应力分析.目的有两个:向用户展示在应力分析中如何施加热荷载.向用户介绍耦合分析.主要包括以下主题:A.概述B.顺序耦合C.直接耦合D.专题讨论January30,2001热-应力分析A.概述热应力的产生结构受热或变冷时，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非一致变形(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January30,2001热-应力分析…概述在ANSYS中解决热-应力问题的方法有两种.两种方法
2、各有长处.顺序藕合以前的方法是把两种单元类型的网状热值当作结构温度荷载处理当运行许多个热瞬时时间点时，可以使用上面的方法，若结构的时间点很少时，该法不适用可以在输入文件中很容易地自动设置直接藕合新方法仅使用一种单元类型就能求解两种物理问题热问题和结构问题之间可允许使用纯藕合在某些分析中可以忽略不必要的辅助操作January30,2001热-应力分析B.顺序耦合顺序耦合涉及两种分析:1.首先看一个稳态(或瞬态)热分析的例子.建立热单元模型.施加热荷载.求解并查看结果.2.再看一个静力结构分析的例子.把单元类型转换成结构单元.定义包括热膨胀系数在内的材料属性.施加包括（继承热分析
3、的）温度在内的结构荷载.求解并查看结果.ThermalAnalysisStructuralAnalysisjobname.rthjobname.rstTemperaturesJanuary30,2001热-应力分析…顺序耦合1.热分析该过程在第6章中描述.2.结构分析a)返回到PREP7，把热单元类型转换成结构类型.Preprocessor>ElementType>SwitchElemType或用ETCHG命令注意: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
4、设置正确的单元选项:Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete>[Options]或使用ETLIST和KEYOPT命令January30,2001热-应力分析…顺序耦合b)定义结构的材料属性(EX,等.),包括热膨胀系数(ALPX).(若使用的是ANSYS提供的材料库，材料的热属性和结构属性均已定义，该步可以省略.)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!c)指定静力分析类型.该步仅在热瞬态分析时使用.Solution>-AnalysisType-NewAnalysis或使用A
5、NTYPE命令January30,2001热-应力分析…顺序耦合d)施加结构荷载并把温度作为荷载的一部分.Solution>-Loads-Apply>-Structural-Temperature>FromThermAnaly或使用LDREAD命令e)求解.f)查看应力结果.January30,2001热-应力分析C.直接耦合直接耦合通常只涉及用藕合单元的分析，该单元包括必要的自由度.1.首先用以下藕合单元之一建立模型并划分网格.PLANE13(板实体单元).SOLID5(六面体单元).SOLID98(四面体单元tetrahedron).在模型上施加结构荷载、热荷载和约束.求
6、解并查看热分析结果和结构分析结果.CombinedThermalAnalysisStructuralAnalysisjobname.rstJanuary30,2001热-应力分析…顺序耦合和直接耦合的比较顺序耦合对非高度的非线性相互作用的藕合情况,顺序方法更有效，更灵活，因为用户可以相互独立地执行两种分析.在顺序热-应力分析中，例如，在线性静力分析之后可以紧接着进行非线性瞬态热分析.然后可以把热分析中任意荷载步或时间点的结点温度作为应力分析的荷载.直接耦合对耦合域的相互作用是高度非线性的情况，直接方法优先，并且该方法在用耦合公式单一求解时是最好的.直接耦合的例子包括压电分析,
7、conjugateheattransferwithfluidflow,和电磁分析.January30,2001热-应力分析D.专题讨论可参考指南中的专题讨论补遗:W4a.带散热片的轴对称管(顺序耦合域)W4b.带散热片的轴对称管(直接耦合域)January30,2001January30,2001
