瞬态热分析实例——钢球淬火过程温度分析

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1、模型[[]王建江,胡仁喜,刘英林等.ANSYS11.0结构与热力学有限元分析实例指导教程[M].北京,机械工业出版社,2008:518-531]一个直径为，温度为的钢球突然放入温度为的水中，表面传热系数，计算后钢球的温度场分布和球心温度随时间的变化规律。钢球材料性能如下：密度：、热导率：、比热容：1．设置环境设置分析模块。本例是温度分布分析，所以只需要选择热分析模块，这样就可以把结构分析模块、电磁场分析模块和流体分析模块的菜单都过滤掉。设置如图2．定义单元类型和材料属性对于我们的钢球的热传导问题，看似是一个三维问题，但由对称性可简化为

2、二维的轴对称问题，下面我们将进行相关设置。①　选择单元类型。如图：①　定义轴对称问题。①　定义材料属性。对于该热传导问题，需要定义的材料属性有：密度：、热导率：、比热容：，定义方式如图。1．建立模型及网格划分①　建立模型。建立模型方法较为简单，使用如下模块即可：②　设定划分网格密度。按照如下方式划分网格。③　为模型划分网格。选择PickAll即可，最终网格划分如图：1．定义分析类型我们的热传导问题是非稳态问题，定义为非稳态。2．施加初始条件与边界条件初始温度为，边界为第三类边界条件，外界温度为，对流换热系数。定义位置如图：（在这里似乎

3、每次运算前都要重新定义初始温度，不知是不是ANSYS的本身的缺陷。）1．求解①　设置时间与时间步参数。我们计算实际是60s。至于图中【AUTOTS】的设置是设置为自动时间步长。设置Stepped和Ramped选项。如果载荷在这个载荷步是恒定的，需要设为Stepped（阶跃）选项；如果载荷值随时间线性变化，则要设定为Ramped（斜坡）选项。对于这里的热传导，对流换热系数恒定，设定为Stepped。（在这里，除了总时间其他都可以默认设置，具体还需根据具体要求来。）时间积分效果设置。如果将此选项设置为OFF，将进行稳态热分析。（这里和前面

4、分析类型的设置似乎有重复，但似乎必须这样设置。）①　设置输出控制。对于这里的非稳态问题，要求每一步的结果都予以保留。①　求解。1．后处理①　查看第60秒时刻温度分布。读入结果，如下图，在【TIME】后的文本框中输入“60”，即读入第60秒的数据。显示结果，选择如图：得到第60秒时的温度分布，如图：①　查看球心在60秒内温度变化。选择球心点，具体不在详述。如图：图形具体显示可通过UtilityMenu>PlotCtrls>Style>Graphs>ModifyAxes，进行修改。内外边界温度变化如图：①　生成动画。通过UtilityMe

5、nu>PlotCtrls>Animate>AnimateOverTime生成动画，设置如图