有限元课程论文带轮淬火的瞬态热分析

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1、引言有限元方法发展到今天。已经成为一门相当复杂的实用工程技术。有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特征。即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型。模型包括所有节点、单元、材料属性、实常数、边界条件以及其他用来表现这个物理系统的特征。ANSYS(analysissystem)是一种融结构、热、流体、电磁和声学于一体的大型CANE通用有限元分析软件，可广泛应用于航空航天、机械、汽车交通、电子等一般工业及科学研究领域。该软件提供了不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体

2、力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用ANSYS参数设计语言扩展宏命令功能。ANSYS的学习、应用是一个系统、复杂的工程。由于它涉及到多方面的知识，所以在学习ANSYS的过程中一定要对ANSYS所涉及到的一些理论知识有一个大概的了解，以加深对ANSYS的理解。关键词:建模、网格划分、加载带轮淬火的瞬态热分析一、实验目的1、熟悉有限元建模、求解及结果分析步骤和方法。2、能利用ANSYS软件对梁结构进行静力有限元分析。3、加深有限元理论关于网格划分概念、划分原则等的理解。二、ANSYS软件应用介绍A

3、NSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的负载也相当多，理论分析往往无法进行。想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。（一）ANSYS软件主要特点1.唯一能实现多场及多场耦合分析的软件2.唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件3.唯一具有多物理场优化功能的FEA软件4.唯一

4、具有中文界面的大型通用有限元软件5．强大的非线性分析功能，多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置6.支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容;强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行;多种自动网格划分技术7.良好的用户开发环境(二)、ANSYS的分析研究过程1、前处理（1）建模有限元分析的最终目的是还原一个实际工程系统的数学行为特征，即分析必须针对一个物理原型准确的数学模型，模型包括所有节点、单元、材料属性、实常数、边界条件以及其他用来表现这个物理系统的

5、特征。ANSYS分析的前处理主要就是用来进行建模与网格划分，ANSYS的图形用户界面对命令菜单的编排是非常有逻辑性的，我们在学习过程中要充分利用这一点，就前处理来说，前处理的命令菜单是按照单元类型实常数、材料、属性、建模、划分网格，这样的顺序编排的，所以，我们在前处理中建模的顺序也就应该是与命令菜单编排相同的顺序，即：确定分析目标及模型的基本形式,选择合适的单元类型并考虑如何建立适当的网格密度确定实常数定义材料属性建立实体模型划分网格(2)单元选择有限元模型可分为2D和3D两种,可以由点单元,线单

6、元,面单元或实体单元组成,也可将不同类型的单元混合使用。ANSYS的单元库包括两种基本类型的面单元和体单元，即线性单元和二次单元。（3）网格划分网格划分是其中一个重要的步骤，网格划分的好坏，直接影响到计算的精度和速度，ANSYS中的网格划分方法主要有自由网格划分%映射网格划分和体扫掠网格划分三种。2、加载求解有限元模型建好后，就可以进入ANSYS求解器进行加载求解。当施加载荷和边界条件的面、节点或单元比较多时，应该用实体选择命令把这些对象选出来，然后在其上施加载荷或边界条件，以保证所施加的载荷或边界条件的正

7、确性。3.后处理ANSYS有两个后处理器,即通用后处理器和时间历程后处理器。通用后处理器可以用来查看整个模型在某一时间段的计算结果，而时间历程后处理器可以用来查看模型的某一部分在整个时间段上的计算结果，利用ANSYS提供的报告生成器，还可以生成一个html格式的报告文件，以便于查看。在通用后处理器中，还可以生成动画，ANSYS提供的现成的动画制作功能已经非常丰富，各种计算结果的变形动画、时间历程动画、切片动画、粒子轨迹动画等等，均可通过一个简单的菜单完成。三、问题描述淬火就是将金属工件加热到某一适当温度并保

8、持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。这里我们用有限元的方法分析带轮淬火过程过个部分的温度变化情况。在分析之前首先对带轮初始条件设置一下：（1）设带轮的初始温度为500摄氏度，将其突然放进温度为0℃的水中，使其完成淬火过程。水的对流系数为110W/(m2.℃)。（2）带轮的的零件结构示意图如图1所示（图中长度单位为mm），它的三维模型如图2所示。图1带轮的结构示意图图2带轮的三维结构图（3）带轮