请问你怎么在ansys中施加弯矩的啊？_百度知道
请问你怎么在ansys中施加弯矩的啊？
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若你加载的节点有六个自由度，直接加载！若只有三个平动自由度，那么创建一个mass21单元，把它连接到你的模型上去，然后在mass21上加载，想加弯矩加弯矩，想加扭矩加扭矩，还可以加载力呢！
请问这个加点必须输加载位置的中心吗？
弯矩可以平移吗？不可以的话，那肯定只能放在加载位置中心了。
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ANSYS热分析分析指南
ANSYS 热分析指南ANSYS 热分析指南第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章简介………………………………………………………………………2 基础知识…………………………………………………………………4 稳态热分析………………………………………………………………8 瞬态热分析………………………………………………………………43 表面效应单元……………………………………………………………66 热辐射分析………………………………………………………………90 热应力分析………………………………………………………………1201ANSYS 热分析指南第一章 简介 1.1 热分析的目的热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，我们一般关 心的参数有： 温度的分布 热量的增加或损失 热梯度 热流密度 热分析在许多工程应用中扮演着重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系 统、电子元件等等。通常在完成热分析后将进行结构应力分析，计算由于热膨胀 或收缩而引起的热应力。1.2 ANSYS 中的热分析ANSYS/Multiphysics、ANSYS/Mechanical、ANSYS/Professional、 ANSYS/FLOTRAN 四种产品中支持热分析功能。ANSYS 热分析基于由能量守恒原理 导出的热平衡方程，有关细节，请参阅《ANSYS Theory Reference》。ANSYS 使 用有限元法计算各节点的温度，并由其导出其它热物理参数。 ANSYS 可以处理所有的三种主要热传递方式：热传导、热对流及热辐射。1.2.1对流热对流在 ANSYS 中作为一种面载荷，施加于实体或壳单元的表面。首先需要 输入对流换热系数和环境流体温度，ANSYS 将计算出通过表面的热流量。如果对 流换热系数依赖于温度，可以定义温度表，以及在每一个温度点处的对流换热系 数。1.2.2辐射ANSYS 提供了四种方法来解决非线性的辐射问题： 辐射杆单元（LINK31）2ANSYS 热分析指南使用含热辐射选项的表面效应单元（SURF151-2D,或 SURF152-3D） 在 AUX12 中，生成辐射矩阵，作为超单元参与热分析 使用 Radiosity 求解器方法 有关辐射的详细描述请阅读本指南第四章。1.2.3特殊的问题除了前面提到的三种热传递方式外，ANSYS 热分析还可以解决一些诸如：相 变（熔融与凝固）、内部热生成（如焦耳热）等的特殊问题。例如，可使用热质 点单元 MASS71 模拟随温度变化的内部热生成。1.3 热分析的类型ANSYS 支持两种类型的热分析： 1．稳态热分析确定在稳态的条件下的温度分布及其他热特性，稳态条件指 热量随时间的变化可以忽略。 2．瞬态热分析则计算在随时间变化的条件下，温度的分布和热特性。1.4 耦合场分析ANSYS 中可与热分析进行耦合的方式有热―结构、热－电磁等。耦合场分析 可以使用 ANSYS 中的矩阵耦合单元，或者在独立的物理环境中使用序惯荷载耦 合。有关耦合场分析的详细描述，请参阅《ANSYS Coupled-Field Analysis Guide》。1.5 关于菜单路径和命令语法在本指南中，您将会看到相关的 ANSYS 命令及其等效的菜单路径。这些参考 的命令仅仅包括命令名，因为并不总是需要指定所有的参数，而且不同的参数组 合会有不同的作用。有关 ANSYS 命令的更多的叙述，请参考《ANSYS Commands Reference》。 菜单路径将近可能完整得列出。对于多数情况，选择菜单就能够完成所需要 的功能；但还有一些情况，选择文中所示菜单后会弹出一个菜单或是对话框，由 此定义其他的选项来执行一些特定的任务。3ANSYS 热分析指南第二章 基础知识 2.1 符号与单位项目 长度 时间 质量 温度 力 能量（热量） 功率（热流率） 热流密度 生热速率 导热系数 对流系数 密度 比热 焓 国际单位 m s Kg ℃ N J W W/m2 W/m2 3英制单位 ft s lbmoANSYS 代号FTEMPlbf BTU BTU/sec BTU/sec-ft2 BTU/sec-ft2 3HEAT HFLUX HGEN KXX HF DENSW/m-℃ 　W/m -℃ Kg/m3 3BTU/sec-ft-oF BTU/sec-ft - F lbm/ft3 o oJ/Kg-℃ J/mBTU/lbm- F BTU/ft3C ENTH2.2 传热学经典理论回顾热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒定律。 对于一个封闭的系统（没有质量的流入或流出）：式中： ―热量， 系统势能―作功，―系统内能，― 系统动能，―对大多数工程传热问题：；通常不考虑做功：，则；4ANSYS 热分析指南对于稳态热分析：，即流入的热量等于流出的热量；对于瞬态热分析：，即流入流出的热传递速率 等于系统内能的变化。2.3 热传递的方式2.3.1 热传导热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由 于温度梯度而引起的内能的交换。 热传导遵循傅立叶定律： ， 式中为热流密度（W/m2）， 为导热系数(W/m-℃)，负号表示热量流向温度降低的方 向。2.3.2热对流热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间， 由于温差的存在引起的热 量的交换。热对流可以分为两类：自然对流和强制对流。热对流用牛顿冷却方程 来描述： 膜系数等）； ，式中 为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、 为固体表面的温度， 为周围流体的温度。2.3.3热辐射热辐射指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变为热的热量交换过程。物 体温度越高，单位时间辐射的热量越多。热传导和热对流都需要有传热介质，而 热辐射无须任何介质。实质上，在真空中的热辐射效率最高。 在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射， 系统中每个物体同时辐 射并吸收热量。它们之间的净热量传递可以用斯蒂芬―波尔兹曼方程来计算： ，式中 为热流率， 为辐射率（黑度）， 尔兹曼常数，约为约为 5.67×10-8W/m2.K4， 为斯蒂芬－波 为由辐射为辐射面 1 的面积，5ANSYS 热分析指南面 1 到辐射面 2 的形状系数， 为辐射面 1 的绝对温度， 为辐射面 2 的绝对温 度，由上式可以看出，包含热辐射的热分析是高度非线性的。2.4 稳态传热如果系统的净流滤为 0，即流入体统的热量加上系统自身产生的热量等于流 出系统的热量： 点的 ，则系统热稳态。在稳态热分析中，任一节温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为（以矩阵形式表示）：式中：为传导矩阵，包含热系数、对流系数及辐射和形状系数； 为节点热流率向量，包括热生成；为节点温度向量；ANSYS利用模型几何差数、 材料热性能参数以及所施加的边界条件， 生成 及 。、2.5 瞬态传热瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系统的温度、 热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。根据能量守恒原理，瞬 态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）：式中：为传导矩阵，包含热系数、对流系数及辐射和形状系数； 为节点温度向量；为比热矩阵，考虑系统内能的增加；为温度对时间的导数；为节点热流率向量，包括热生成；2.6 线性与非线性6ANSYS 热分析指南如果有下列情况产生，则为非线性热分析： 材料热性能随温度变化，如 K(T)，C(T)等； 边界条件随温度变化，如 h(T)等； 含有非线性单元； 考虑辐射传热； 非线性热分析的热平衡方程为：2.7 边界条件和初始条件ANSYS 热分析的边界条件或初始条件可分为七种：温度，热流率、热流密度、 对流、辐射、绝热、生热。在本指南中，您将会看到相关的 ANSYS 命令及其等效 的菜单路径。这些参考的命令仅仅包括命令名，因为并不总是需要指定所有的参 数，而且，不同的参数的组合会有不同的作用。有关 ANSYS 命令的更多的叙述， 请参考《ANSYS Commands Reference》。 菜单路径将近可能完整得列出，2.8 热分析误差估计仅用于评估由于网格密度不够带来的误差； 仅适用于 SOLID 或 SHELL 的热单元（只有一个温度自由度）； 基于单元边界的热流密度的不连续； 仅对一种材料、线性、稳态热分析有效； 使用自适应网格划分可对误差进行控制。7ANSYS 热分析指南第三章 稳态热分析 3.1 稳态传热的定义ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN 和 ANSYS/Professional 这些产品支持稳态热分析。稳态传热用于分析稳定的热载 荷对系统或部件的影响。通常在进行瞬态热分析以前，进行稳态热分析用于确定 初始温度分布。也可以在所有瞬态效应消失后，将稳态热分析作为瞬态热分析的 最后一步进行分析。 稳态热分析可以计算确定由于不随时间变化的热载荷引起的温度、热梯度、 热流率、热流密度等参数。这些热载荷包括： 对流 辐射 热流率 热流密度（单位面积热流） 热生成率（单位体积热流） 固定温度的边界条件 稳态热分析可用于材料属性固定不变的线性问题和材料性质随温度变化的 非线性问题。事实上，大多数材料的热性能都随温度变化，因此在通常情况下， 热分析都是非线性的。当然，如果在分析中考虑辐射，则分析也是非线性的。3.2 热分析的单元ANSYS 和 ANSYS/Professional 中大约有 40 种单元有助于进行稳态分析。有 关单元的详细描述请参考《ANSYS Element Reference》，该手册以单元编号来 讲述单元，第一个单元是 LINK1。单元名采用大写，所有的单元都可用于稳态和 瞬态热分析。 其中 SOLID70 单元还具有补偿在恒定速度场下由于传质导致的热流 的功能。这些热分析单元如下： 表 3-1 二维实体单元单元 维数 形状及特点 自由度8ANSYS 热分析指南PLANE35 PLANE55 PLANE75 PLANE77 PLANE38二维 二维 二维 二维 二维六节点三角形单元 四节点四边形单元 四节点谐单元 八节点四边形单元 八节点谐单元温度（每个节点） 温度（每个节点） 温度（每个节点） 温度（每个节点） 温度（每个节点）表 3-2 三维实体单元单元 SOLID70 SOLID87 SOLID90 维数 三维 三维 三维 形状及特点 八节点六面体单元 十节点四面体单元 二十节点六单元 自由度 温度（每个节点） 温度（每个节点） 温度（每个节点）表 3-3 辐射连接单元单元 LINK31 维数 形状及特点 自由度 温度（每个节点）二维或三维 二节点线单元表 3-4 传导杆单元单元 LINK32 LINK33 维数 二维 三维 形状及特点 二节点线单元 二节点线单元 自由度 温度（每个节点） 温度（每个节点）表 3-5 对流连接单元单元 LINK34 维数 三维 形状及特点 二节点线单元 自由度 温度（每个节点）表 3-6 壳单元单元 SHELL57 维数 三维 形状及特点 四节点四边形单元 自由度 温度（每个节点）表 3-7 耦合场单元单元 PLANE13 CONTACT48 CONTACT49 二维 二维 三维 维数 元 三节点热－应力接触单 元 热－应力接触单元 形状及特点 四节点热－应力耦合单 自由度 温度、结构位移、电位、磁矢量位 温度、结构位移 温度、结构位移9ANSYS 热分析指南FLUID116 SOLID5 SOLID98 PLANE67 LINK68 SOLID69 SHELL157三维 三维 三维 二维 三维 三维 三维二或四节点热－流单元 温度、压力 八节点热－应力和热－ 电单元 十节点热－应力和热－ 电单元 四节点热－电单元 两节点热－电单元 八节点热－电单元 四节点热－电单元 温度、结构位移、电位、磁标量位 温度、结构位移、电位、磁矢量位 温度、电位 温度、电位 温度、电位 温度、电位表 3-8 特殊单元单元 MASS71 COMBINE37 SURF151 SURF152 MATRIX50 INFIN9 INFIN47 COMBINE14 COMBINE39 COMBINE40 维数 一维到三维 一维 二维 三维 由包括在超 单元中的单 元类型决定 二维 三维 一维到三维 一维 一维 形状及特点 一个节点的质量单元 四节点控制单元 二到四节点面效应单元 四到九节点面效应单元 没有固定形状的矩阵或辐 射矩阵超单元 二节点无限边界单元 四节点无限边界单元 两节点弹簧－阻尼单元 两节点非线性弹簧单元 两节点组合单元 温度 温度、结构位移、转动、压力 温度 温度 由包括在超单元中的单元类型决定 温度、磁矢量位 温度、磁矢量位 温度、结构位移、转动、压力 温度、结构位移、转动、压力 温度、结构位移、转动、压力 自由度3.3 热分析的基本过程ANSYS 热分析包含如下三个主要步骤： 前处理：建模 求解：施加荷载并求解 后处理：查看结果 以下的内容将讲述如何执行上面的步骤。首先，对每一步的任务进行总体的 介绍， 然后通过一个管接处的稳态热分析的实例来引导读者如何按照 GUI 路径逐 步完成一个稳态热分析。最后，本章提供了该实例等效的命令流文件。3.4 建模10ANSYS 热分析指南建立一个模型的内容包括：首先为分析指定 jobname 和 title；然后在前处 理器 （PREP7） 中定义单元类型， 单元实常数， 材料属性以及建立几何实体。 《ANSYS Modeling and Meshing Guide》中对本部分有详细说明。 对于热分析有： 定义单元类型 命令：ET GUI：Main Menu&Preprocessor&Element Type&Add/Edit/Delete 定义固定材料属性 命令：MP GUI：Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models&Thermal 定义温度相关的材料属性， 首先要定义温度表， 然后定义对应的材料属性值。 通过下面的方法定义温度表 命令：MPTEMP 或 MPTEGN，然后定义对应的材料属性，使用 MPDATA GUI：Main Menu&Preprocessor&Material Props& Material Models&Thermal 对于温度相关的对流换热系数也是通过上述的 GUI 路径和命令来定义的。 注意--如果以多项式的形式定义了与温度相关的膜系数，则在定义其它具有 固定属性的材料之前，必须定义一个温度表。 创建几何模型及划分划分网格的过程，请参阅《ANSYS Modeling and Meshing Guide》3.5 施加荷载和求解在这一步骤中，必须指定所要进行的分析类型及其选项，对模型施加荷载， 定义荷载选项，最后执行求解。3.5.1指定分析类型在这一步中，可以如下指定分析类型： GUI: Main Menu&Solution&New Analysis&Steady-state(static)11ANSYS 热分析指南命令：ANTYPE,STATIC,NEW 如果是重新启动以前的分析，比如，附加一个荷载。命令： ANTYPE,STATIC,rest。 （条件是先前分析的 jobname.ESAV、jobname.DB 等文件是可以利用的）3.5.2施加荷载可以直接在实体模型（点、线、面、体）或有限元模型（节点和单元）上施 加载荷和边界条件，这些载荷和边界条件可以是单值的，也可以是用表格或函数 的方式来定义复杂的边界条件，详见《ANSYS 基本分析过程指南》。 可以定义以下五种热载荷： 3.5.2.1 恒定的温度(TEMP)通常作为自由度约束施加于温度已知的边界上。 3.5.2.2 热流率（HEAT）热流率作为节点集中载荷，主要用于线单元（如传导杆、辐射连接单元等） 模型中，而这些线单元模型通常不能直接施加对流和热流密度载荷。如果输入的 值为正，表示热流流入节点，即单元获取热量。如果温度与热流率同时施加在一 节点上，则温度约束条件优先。 注意--如果在实体单元的某一节点上施加热流率，则此节点周围的单元应该 密一些；特别是与该节点相连的单元的导热系数差别很大时，尤其要注意，不然 可能会得到异常的温度值。因此，只要有可能，都应该使用热生成或热流密度边 界条件，这些热荷载即使是在网格较为粗糙的时候都能得到较好的结果。 3.5.2.3 对流（CONV）对流边界条件作为面载施加于分析模型的外表面上，用于计算与模型周围流 体介质的热交换，它仅可施加于实体和壳模型上。对于线单元模型，可以通过对 流杆单元 LINK34 来定义对流。 3.5.2.4 热流密度（HEAT）热流密度也是一种面载荷。当通过单位面积的热流率已知或通过 FLOTRAN CFD 的计算可得到时，可以在模型相应的外表面或表面效应单元上施加热流密 度。 如果输入的值为正， 表示热流流入单元。 热流密度也仅适用于实体和壳单元。 单元的表面可以施加热流密度也可以施加对流， ANSYS 仅读取最后施加的面载 但 进行计算。12ANSYS 热分析指南3.5.2.5热生成率（HGEN）热生成率作为体载施加于单元上，可以模拟单元内的热生成，比如化学反应 生热或电流生热。它的单位是单位体积的热流率。 下表总结了在热分析中的载荷类型： 表 3-9 热荷载类型载荷类型 温度 (TEMP) 热流率 (HEAT) 对流 (CONV), 热 流密度 (HFLUX) 类别 约束 力 D F 命令族 GUI 路径 Main Menu&Solution&-Loads-Apply& -Thermal-Temperature Main Menu&Solution&-Loads-Apply& -Thermal-Heat Flow Main Menu&Solution&-Loads-Apply& 面载荷 SF -Thermal-ConvectionMain Menu&Solution&-Loads-Apply& -Thermal-Heat Flux BF Main Menu&Solution&-Loads-Apply& -Thermal-Heat Generat热生成率 (HGEN) 体载荷下表详细列出了热分析中用于施加载荷，删除载荷，对载荷进行操作、列表 的所以命令： 表 3-10 热荷载相关的命令载荷 实体或有限元 类型 模型 温度 & 热流 率 & 对流, 热流 密度 & & & 生热 率 & 实体模型 有限元模型 有限元模型 实体模型 实体模型 面 节点 单元 关键点 线 SFA SF SFE BFK BFL SFADELE SFALIST SFDELE SFLIST SFTRAN SFSCALE SFSCALE BFTRAN BFTRAN SFGRAD SFGRADSFCUM SFBEAMSFCUMS FFUNSFGRAD --实体模型 线 SFL SFLDELE SFLLIST SFTRAN SFGRAD 实体模型 有限元模型 实体模型 有限元模型 实体 关键点 节点 关键点 节点 施加 DK D FK F 删除 DKDELE DDELE FKDELE FDELE 列表显示 DKLIST DLIST FKLIST FLIST 运算 DTRAN DSCALE FTRAN FSCALE 设置 -DCUMTUNIF -FCUMSFEDELE SFELIST BFKDELE BFKLIST BFLDELE BFLLIST13ANSYS 热分析指南& & & &实体模型 实体模型 有限元模型 &面 体 节点 单元BFA BFV BF BFEBFADELE BFALIST BFVDELE BFVLIST BFDELE BFLISTBFTRAN BFTRAN BFSCALE BFSCALE--BFCUM BFCUMBFEDELE BFELIST3.5.3采用表格和函数边界条件除了一般的使用表格来定义边界条件的方法，本节讨论热分析中特有的一些 问题。 关于定义表参数的详细叙述， 请参考 《ANSYS APDL Programmer’s Guide》 。 本节内容对单元类型没有特别的限制。下表列出了热分析中能够用于每一种 边界条件的自变量： 表 3-11 荷载边界条件及其自变量热边界条件 固定温度 热流 对流换热系数 (对流) 环境温度 (对流) 热流密度 热生成 流体单元(FLUID116) 边界条件 流率 压力 SFE D TIME TIME, X, Y, Z D F SF SF SF BF 命令族 TIME, X, Y, Z TIME, X, Y, Z, TEMP TIME, X, Y, Z, TEMP, VELOCITY TIME, X, Y, Z TIME, X, Y, Z, TEMP TIME, X, Y, Z, TEMP 自变量后面有一个例题详细介绍在一个稳态热分析中如何采用表格边界条件。 为了使用更加灵活的热传导系数，可以使用函数的方式来定义边界条件。有 关这种用法的详细说明，可以参考《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》。 除了上述自变量外，函数边界条件还可用下面的参数作为函数的自变量： 表面温度（TS）（SURF151、SURF152 单元的表面温度） 密度（ ）（材料属性DENS）比热（材料属性 C） 导热率（材料属性 kxx） 导热率（材料属性 kyy）14ANSYS 热分析指南导热率（材料属性 kzz） 粘度（材料属性 μ） 辐射率（材料属性 ε）3.5.4定义载荷步选项对于一个热分析，可以确定通用选项、非线性选项以及输出控制。下表列出 了热分析中可能用到的载荷步选项： 表 3-12 分析中的载荷步选项选项 通用选项 Main Menu&Solution&-Load Step Opts-Time 时间 TIME /Frequenc&Time-Time Step Main Menu&Solution& -Load Step Opts-Time 时间步数 NSUBST /Frequenc&Time and Substps Main Menu&Solution& -Load Step Opts-Time 时间步长 DELTIM /Frequenc&Time-Time Step Main Menu&Solution& -Load Step Opts-Time 阶跃或斜坡加载 非线性选项 Main Menu&Solution& -Load Step Opts 最大平衡迭代数 NEQIT -Nonlinear&Equilibrium Iter Main Menu&Solution& -Load Step Opts-Time 自动时间步长 AUTOTS /Frequenc&Time-Time Step Main Menu&Solution& -Load Step Opts 收敛容差 CNVTOL -Nonlinear&Convergence Crit Main Menu&Solution& -Load Step Opts 求解中断选项 NCNV -Nonlinear&Criteria to Stop Main Menu&Solution& -Load Step Opts 线性搜索选项 LNSRCH -Nonlinear&Line Search KBC /Frequenc&Time -Time Step 命令 GUI 路径15ANSYS 热分析指南Main Menu&Solution& -Load Step Opts 预测－矫正因子 输出控制选项 打印输出 数据库和结果文件 输出 OUTPR Main Menu&Solution& -Load Step Opts-Output Ctrls&Solu Printout Main Menu&Solution& -Load Step Opts-Output OUTRES Ctrls&DB/Results File Main Menu&Solution& -Load Step Opts-Output 结果外插 ERESX Ctrls&Integration Pt PRED -Nonlinear&Predictor3.5.5通用选项时间选项 该选项定义载荷步的结束时间，虽然对于稳态热分析来说，时间选项并没有 实际的物理意义，但它提供了一个方便的设置载荷步和载荷子步的方法。 缺省情况下，第一个荷载步结束的时间是 1.0，此后的荷载步对应的时间强 逐次加 1.0。 每载荷步中子步的数量或时间步大小 对于非线性分析，每一载荷步需要多个子步。缺省情况下每个荷载步有一个 子步。 阶跃或斜坡加载 如果定义阶跃载荷，则载荷值在这个载荷步内保持不变；如果为斜坡加载， 则载荷值在当前载荷步的每一子步内线性变化。3.5.6非线性选项如果存在非线性则需要定义非线性荷载步选项，包括 平衡迭代次数 本选项设置每一子步允许的最大迭代次数， 默认值为 25， 对大多数非线性热 分析问题已经足够。 自动时间步长16ANSYS 热分析指南对于非线性问题，可以自动设定子步间载荷的增量，保证求解的稳定性和准 确性。 收敛容差 只要运算满足所说明的收敛判据，程序就认为它收敛，收敛判据可以基于温 度、 也可以是热流率， 或二者都有。 在实际定义时， 需要说明一个典型值(CNVTOL 命令的 VALUE 域)和收敛容差(TOLER 域)，程序将 VALUE*TOLER 的值视为收敛判 据。例如，如说明温度的典型值为 500，容差为 0.001，那么收敛判据则为 0.5 度。 对于温度，ANSYS将连续两次平衡迭代之间节点上温度的变化量（ ）与收敛准则进行比较来判断是否收敛。就上面的例子来说，如果在某两次平衡迭 代间，每个节点的温度变化都小于 0.5 度，则认为求解收敛。 对于热流率，ANSYS 比较不平衡载荷矢量与收敛标准。不平衡载荷矢量表示 所施加的热流与内部（计算）热流之间的差值。 ANSYS 公司推荐 VALUE 值由缺省确定，TOLER 的值缺省为 1.0e-3。 求解结束选项 假如在规定平衡迭代数内，其解并不收敛，那么 ANSYS 程序会根据用户设置 的终止选项，来决定程序停止计算或是继续进行下一个载荷步。 线性搜索 设置本选项可使 ANSYS 用 Newton-Raphson 方法进行线性搜索 预测－矫正 本选项在每一子步的第一次迭代时，对自由度求解进行预测矫正。 3.5.6.1 用图形跟踪收敛 进行非线性热分析时，ANSYS 在每次平衡迭代完成后，都计算收敛范数，并 与相应的收敛标准比较。不管是使用在批处理还是交互式方式的方法，都可以在 计算过程中，使用图形求解跟踪（GST）来显示计算的收敛范数和收敛标准。在 交互式时，缺省为图形求解跟踪（GST）打开，批处理运行时，缺省为 GST 关闭。 使用下面的方法可以，可打开或关闭 GST： 命令：/GST GUI：Main Menu&Solution&Load Step Opts-Output Ctrls&Grph Solu Track17ANSYS 热分析指南下图是一个典型的 GST 图形。图 3-1 使用 GST 追踪收敛范数3.5.7输出控制可以控制下列三种输出： 控制打印输出 本选项控制将何种结果数据输出到打印输出文件（jobname.out）中。 控制数据库和结果文件输出 该选项控制将何种结果数据输出到结果文件（jobname.rth）中。 外推结果 该选项可将单元积分点结果拷贝到节点上，而不是按常规的方式外推到节点 上（缺省采用外推方式）。3.5.8定义分析选项可考虑的分析选项有：18ANSYS 热分析指南Newton-Raphson 选项。该选项仅对非线性分析有用，用以定义在求解过程中 切线矩阵的更新频率，有四种选择： 1．Program-chosen （程序选择，此为默认值，在热分析中建议采用） 2．Full（完全法） 3．Modified（修正法） 4．Initial Stiffness（初适刚度法） 注意--对于单物理场非线性热分析，ANSYS 通常采用全 N-R 算法。 要定义该选项，或打开/关闭 N-R 自适应下降功能（只对全 N-R 法有效）， 方发如下： 命令：NROPT GUI：Main Menu&Solution&Unabridged Menu&Analysis Options 选择求解器 ANSYS 中可以选择下列的求解器： 1．Sparse 求解器（静态和全瞬态分析的默认求解器） 2．Frontal 求解器 3．Jacobi Conjugate Gradient(JCG) 求解器 4．JCG out-of-memory 求解器 5．Incomplete Cholesky Conjugate Gradient(ICCG) 求解器 6．Pre-Conditioned Conjugate Gradient (PCG) 求解器 7．PCG out-of-memory 求解器 8．Algebraic Multigrid (AMG) 求解器 9．Distributed Domain Solver (DDS) 求解器 10．Iterative（程序自动选择求解器）19ANSYS 热分析指南注意--AMG 和 DDS 求解器属并行求解器，需要单独的 ANSYS 产品支持。在 《ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide》中对并行求解有更详细描述。 选择求解器的方法如下： 命令：EQSLV GUI: Main Menu&Solution&Analysis Options 注意：对于不含超单元（辐射分析中用AUX12 可产生超单元）的热分析模型， 可选用Iterative（快速求解）求解器，但对于含相变的传热问题，则不建议采 用 （可用sparse或frontal求解器） 该求解器在解算过程中不生成Jobname.EMAT 。 和Jobname.EROT文件。 定义温度偏移 温度偏移为当前所采用温度系统的零度与绝对零度之间的差值。温度偏移包 含在相关单元（诸如有辐射效应或蠕变特性的的单元）计算中。偏移温度输入可 以是摄氏度，也可以是华氏度，在进行热辐射分析时，要将目前的温度值换算为 绝对温度。如果使用的温度单位是摄氏度，此值应设定为 273；如果使用的是华 氏度，则为 460。在后处理中，不同的温度可以用同样的方法进行处理。设置温 度偏移的方式如下： 命令：TOFFST GUI：Main Menu&Solution&Analysis Options3.5.9保存模型在完成了加载和指定分析类型后，通常建议保存数据库文件，以备在求解过 程中由于计算机系统故障而导致数据丢失后能够恢复数据。 命令: SAVE GUI: 点击 ANSYS 工具条 SAVE_DB3.5.10求解命令: SOLVE GUI: Main Menu&Solution&Current LS3.5.11后处理20ANSYS 热分析指南ANSYS 将热分析的结果写入热结果文件 jobname.rth 中，该文件包含如下数 据: 基本数据：节点温度 导出数据： 节点及单元的热流密度(TFX, TFY, TFZ, TFSUM) 节点及单元的热梯度(TGX, TGY, TGZ, TGSUM) 单元热流率 节点的反作用热流率 其它 可以用通用后处理器 POST1 进行后处理，下面将讲述在热分析中典型的后处 理功能。关于后处理的完整描述，可参阅《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》。 注意：在通用后处理器中查看结果时，数据库必须与结果有相同的模型（可 以使用命令 RESUME 恢复模型）。此外，结果文件 jobname.rth 必须可用。3.5.12读入结果进入 POST1 后，首先应读入想要看的载荷步和子步的计算结果：命令: SET GUI: Main Menu&General Postproc&-Read Results-By Load Step 可通过编号选择要读入的载荷步， 可以直接读入第一载荷步、 或最后载荷步、 或下一载荷步等。如果是使用 GUI，将会出现一个对话框提示选择要读入的荷载 步。用 SET 命令的 TIME 域可读入指定时刻的计算结果，如在指定时刻无计算结 果，则程序根据附近时间点的值线性插值计算得到此时刻的结果。3.5.13查看结果图 3-221ANSYS 热分析指南结果显示云图 彩色云图显示 命令：PLESOL，PLETAB 或 PLNSOL GUI：Main Menu&General Postproc&Plot Results&Element Solu Main Menu&General Postproc&Plot Results&Elem Table Main Menu&General Postproc&Plot Results&Nodal Solu 矢量图显示 命令：PLVECT GUI：Main Menu&General Postproc&Plot Results&Pre-defined or Userdefined 图 3-2 矢量结果显示22ANSYS 热分析指南列表显示 命令：PRESOL，PRNSOL，PRRSOL GUI：Main Menu&General Postproc&List Results&Element Solution Main Menu&General Postproc&List Results&Nodal Solution Main Menu&General Postproc&List Results&Reaction Solu3.6 稳态热分析的实例 1－带接管的圆筒罐本例讲述了如何逐步对一个带接管的圆筒罐进行稳态热分析，包括批处理的 方式和 GUI 的方式。3.6.1问题描述本例题的主要部分为一个圆筒形罐，其上沿径向有一材料一样的接管 （如图 4 所所示），罐内流动着 450°F（232°C）的高温流体，接管内流动着 100°F（38 °C）的低温流体，两个流体区域由薄壁管隔离。罐的对流换热系数 2 o 2 为 250Btu/hr-ft - F（1420watts/m -°K），接管的对流换热系数随管壁温度而 变，它的热物理性能如表 3-13 所示。要求计算罐与接管的温度分布。23ANSYS 热分析指南注意：注意：本例只是很多可能的热分析中的一个，并不是所有的热分析都 完全按照与本例相同的步骤。 材料属性及其周围的环境条件决定了一个分析应该 包括哪些步骤。 表 3-13 实例的材料属性温度 密度 导热系数 比热 70 0.285 8.35 0.113 200 0.285 8.90 0.117 405 300 0.285 9.35 0.119 352 400 0.285 9.8 0.122 275 500 0.285 10.23 0.125 221oFlb/in3 Btu/hr-ft-oF Btu/lb-oF Btu/hr-ft2-oF对流换热系数 426图 3-3 圆柱罐与接管的相接模型（所有单位均为英制）3.6.2分析方法取四分之一对称模型进行分析。假定罐体足够长，使其端部温度能保持 常数华氏 450 度。 同样的假设也用于 Y=0 的平面上。 建模时， 先定义两个圆柱体， 再进行“overlap”布尔运算。采用映射网格划分（全六面体网格），分网时可 能会出现警告信息说有扭曲单元存在，但可以不理会该警告，因为所产生的扭曲 单元远离所关心的区域（两个柱体相交处）。24ANSYS 热分析指南由于材料性质与温度相关，该分析需要多个子载荷步（本例用了 50 个子载 荷步），同时，采用了自动时间步长功能。求解完毕后，温度云图和热流密度向 量图详细显示了计算结果。3.6.33.6.3.1菜单操作过程设置分析标题1、选择“Utility Menu&File&Change Title”。 2、输入“Steady-State analysis of pipe junction”，点击“OK”。 3.6.3.2 设置单位制在命令提示行输入/UNITS,BIN（该命令无法通过菜单完成）。 3.6.3.3 定义单元类型1、选择“Main Menu&Preprocesor&Element Type&Add/Edit/Delete”。 2、点击 Add,打开单元类型库对话框。 3、选择 Thermal Solid，Brick 20 node 90 号单元，点击 OK 和 Close 关闭 单元选择菜单。 3.6.3.4 定义材料属性1、选择“Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models” 在 弹出的材料定义窗口中顺序双击 Thermal 选项。 2、点击 Density，弹出一个对话框，在 DENS 框中输入 0.285，材料编号 1 出现在材料定义窗口的左边。 3、 在材料定义窗口中顺序双击 Conductivity， Isotropic， 弹出一个对话框。 4、点击 Add Temperature 按钮四次，增加四列。 5、在 T1 到 T5 域，分别输入温度值： 70，200，300，400，500，选择温度 行，用 Ctrl-C 拷贝温度值。 6、在 KXX 框中，按温度的顺序，序列输入下列值（注意，各 KXX 值都要除 以 12，以保证单位制一致）： 8.35/12,8.9/12,9.35/12,9.8/12,10.23/12。 7、在材料定义窗口中双击 Specific Heat，弹出一个对话框25ANSYS 热分析指南8、点击 Add Temperature 按钮四次，增加四列 9、将鼠标置于 T1 域，用 Ctrl-v 粘贴 5 个温度值 10、 C 框中， 在 按温度的顺序， 序列输入下列值 0.113， 0.117， 0.119， 0.122， 0.125 11、在材料定义窗口中选择 Material&New Model，建立新材料号 2 12、在材料定义窗口，双击 Convection 或 Film Coef 13、点击 Add Temperature 按钮四次，增加四列 14、将鼠标置于 T1 域，用 Ctrl-v 粘贴 5 个温度值 15、在 HF（对流换热系数）框中，按温度的顺序，序列输入下列值（注意， 各 HF 值都要除以 1144， 以保证单位制一致） 426/144， 405/144， 352/144， 275/144， 221/144； 16、点击 Graph 按钮，查看对流换热系数与温度的关系曲线，然后点击 OK 17、在材料定义窗口中选择 Material&Exit 退出材料定义窗口 18、在工具栏点击 SAVE_DB 保存数据库。 3.6.3.5 定义几何模型参数选择“Utility Menu&Parameters&Scalar Parameters”，输入 ri1=1.3， ro1=1.5，z1=2，ri2=0.4，ro2=0.5，z2=2；然后点击 Close。 3.6.3.6 创建几何模型1、选择“Main Menu&Preprocessor&-Modeling-&Create&-Volumes-&Cylinder&By Dimensions”,在弹出菜单的 Outer radius 框中输入 ro1，Optional inner radium 框中输入 ri1，Z coordinates 框中输入 0 和 Z1，Ending angle 框中输 入 90。 2、选择“Utility Menu&WorkPlane&Offset WP by Increments”，在 “XY,YZ,ZXAngles”框中输入 0,-90。 3、选择“Main Menu&Preprocessor&-Modeling-&Create&-Volumes-&Cylinder&By Dimensions”，Outer radius 框中输入 ro2 ， Optional inner radium 框中输 入 ri2，Z coordinates 框中输入 0 和 Z2，Starting angle 框中输入-90，Ending angle 框中输入 0。26ANSYS 热分析指南4、选择“Utility Menu&WorkPlane&Align WP with&Global Cartesian”。 3.6.3.7 进行布尔运算选择“Main Menu&Preprocessor&-Modeling-&Operate&-Booleans-&Overlap&Volumes”，选 择 Pick All。 3.6.3.8 观察几何模型 1、选择“Utility Menu&PlotCtrls&Numbering”，将 volumes 设置为 ON。 2、选择“Utility Menu&PlotCtrls&View Direction”，在“Coords of view point”框中输入-3,-1,1。 3、在工具栏点击 SAVE_DB 保存数据库。 3.6.3.9 删除多余实体选择“Main Menu&Preprocessor&-Modeling-&Delete&Volume and Below”， 拾取第三，四号体，或在命令输入行输入 3,4 回车。 3.6.3.10 创建组件 AREMOTE本步将选择圆罐的 Y,Z 端面，并将它们定义为一个组件 AREMOTE。 1、选择“Utility Menu&Select&Entities”，打开选择实体对话框。 2、在对话框中自上而下依次选择：Area，By location，Z Coordinates， 在“Min， Max”框中输入 Z1，选择 From Full，点击 APPLY。 3、接下来选择 Y Coordinates，在“Min， Max”框中输入 0，选择 Also Select，点击 OK。 4、选择“Utility Menu&Select&Comp/Assembly&Create Component”，在 “Component name”框中输入 AREMOTE，在“Components is made of”菜单中 选择 AREA 3.6.3.11 将线叠加在面上显示1、选择“Utility Menu&PlotCtrls&Numbering”，打开 Area 和 Line 的编 号 2、选择“Utility Menu&Plot&Areas”27ANSYS 热分析指南3、选择“Utility Menu&PlotCtrls&Erase Options”，将 Erase between Plots 按钮设置成 Off 4、选择“Utility Menu&Plot&Lines” 5、选择“Utility Menu&PlotCtrls&Erase Options”，将 Erase between Plots 按钮设置成 On 3.6.3.12 连接面及线为划分映射式网格，连接端部的面和线。 1、选择“Main Menu&Preprocessor&-Meshing-&-Concatenate-Area”，选 择 Pick all。 2、选择“Main Menu&Preprocessor&-Meshing-&Mesh&-Concatenate-&Lines”，拾取 12 和 7 号 线（或在命令行中输入 12,7 并回车），点击 APPLY；拾取 10 和 5 号线（或在命 令行中输入 10,5 并回车），点击 OK。 3.6.3.13 设定网格密度1、选择“Main Menu&Preprocessor&-Meshing-&Size Cntrls&Picked Lines”，选择线 6 和 20，点击 OK，在 No. of element divisions 框中输入 4， 点击 OK。 2、选择“Main Menu&Preprocessor&-Meshing-&Size Cntrls&Picked Lines”，选择线 40，点击 OK，在 No. of element divisions 框中输入 6，点 击 OK。 3、选择“Utility Menu&Select&Everything”。 4、选择“Main Menu&Preprocessor&-Meshing-&Size Cntrls&-Global-&Size”，在 element edge length 框中输入 0.4，点击 OK。 3.6.3.14 划分网格1、选择“Main Menu&Preprocessor&-MeshTool”，弹出“MeshTool”对话 框，用选择 Hex，Mapped。 2、点击 Mesh，选择 Pick All。ANSYS 对实体划分网格后，将会弹出一个对 话框显示对单元形状的警告，点击 Close 将其关闭。 3、 选择“Utility Menu&PlotCtrls&Numbering”， Line, Area, and Volume 将 的按钮设置为 Off，点击 OK。28ANSYS 热分析指南4、在工具栏点击 SAVE_DB 保存数据库。 3.6.3.15 定义求解类型及选项1、选择“Main Menu&Solution&-Analysis Type-&New Analysis”，点击 OK 以选择缺省设置（Steady-State）。 2、选择“Main Menu&Solution&-Analysis Options”，点击 OK 以接受 Newton- Raphson option 的缺省设置（Program-chosen）。 3.6.3.16 设定均一的起始温度选择“Main Menu&Solution&- Loads-Apply& -Thermal- Temperature& Uniform Temp”，在弹出窗口的 Uniform temperature 框中输入 450。 3.6.3.17 施加对流载荷1、选择“Utility Menu&WorkPlane&Change Active CS to&Global Cylindrical”。 2、选择“Utility Menu&Select&Entities”，在对话框中自上而下依次选 择：Nodes， By location， X，在“Min， Max”框中输入 ri1，选择 From Full，点击 OK。 3、选择“Main Menu&Solution&- Loads-Apply& -Thermal-Convection&On Nodes”，选择 Pick All，在“Film coefficient”和“Bulk temperature”框 中分别输入 250/144 及 450，点击 OK。 3.6.3.18 在 AREMOTE 组件上施加温度约束1、选择“Utility Menu&Select&Comp/Assembly&Select Comp/Assembly”， 点击 OK 以选中 AREMOTE（当前只有一个组件）。 2、选择“Utility Menu&Select&Entities”，在对话框中自上而下依次选 择：Nodes，Attached to，Area，All，选择 From Full，点击 OK。 3、选择“Main Menu&Solution&-Loads-Apply&-Thermal-Temperature&On Nodes”，选择 Pick all，在 Load TEMP value 框中输入 450，点击 OK。 3.6.3.19 施加与温度有关的对流边界条件在接管的内表面施加随温度变化的对流边界条件。 1、选择“Utility Menu&WorkPlane&Offset WP by Increments”，在 “XY,YZ,ZX Angles”框中输入 0,-90,点击 OK。29ANSYS 热分析指南2、选择“Utility Menu&WorkPlane&Local Coordinate Systems&Create Local CS& At WP Origin”，在 Type of coordinate system 菜单中，选择 Cylindrical 1，点击 OK。 3、选择“Utility Menu&Select Entities”，在对话框中自上而下依次选 择：Nodes， By location， X，在 Min， Max 框中输入 ri2，选择 From Full， 点击 OK。 4、选择“Main Menu&Solution&- Loads-Apply& -Thermal-Convection&On Nodes”， 选择 Pick All， Film coefficient 框中输入-2， Bulk temperature 在 在 框中输入 100，点击 OK。 5、选择“Utility Menu&Select&Everything”。 6、选择“Utility Menu&PlotCtrls&Symbols”，在 Show pres and convect as 菜单中选择 Arrow，点击 OK。 5、选择“Utility Menu&Plot&Nodes”。 3.6.3.20 恢复工作平面及坐标系统1、选择“Utility Menu&WorkPlane&Change Active CS to&Global Cartesian”。 2、选择“Utility Menu&WorkPlane&Align WP with&Global Cartesian”。 3.6.3.21 设定载荷步选项要为分析定义 50 个子步，选择“Main Menu&Solution&-Load Step Options-&Time/Frequenc&Time and Substeps”，在 Number of substeps 框中 输入 50，设置 Automatic time stepping 为 On。 在工具栏点击 SAVE_DB 保存数据库。 3.6.3.22 求解选择“Main Menu&Solution&-Solve-&Current LS”，查看分析选项是否正 确，关闭/STAT 窗口，点击 OK。 3.6.3.23 观察节点温度结果1、选择“Utility Menu&PlotCtrls&Style&Edge Options”，设置“Element outlines”框为 Edge only，点击 OK。30ANSYS 热分析指南2、选择“Main Menu&General Postproc&Plot Results&-Contour Plot-Nodal Solu”，在弹出菜单的 Item to be contoured 项选择左边的 DOF solution，右 边的 Temperature TEMP，点击 OK。 3.6.3.24 绘制热流矢量图1、选择“Utility Menu&WorkPlane&Change Active CS to&Specified Coord Sys”，设置 Coordinate system number 为 11，点击 OK。 2、选择“Utility Menu&Select&Entities”，在对话框中自上而下依次选 择： Nodes， Location， Coordinates， By X 在“Min,Max”域输入 ro2,点击 Apply； 选择 Elements，Attached To，点击 Apply；选择 Nodes，Attached To，点击 OK； 2、选择“Main Menu&General Postproc&Plot Results&-Vector Plot-Predefined”，在 Vector item to be plotted 域选择左边的 Flux & gradient，右边的 Thermal flux TF，点击 OK。 3.6.3.25 退出 ANSYS点击工具栏中的 QUIT，选择一种退出方式并点击 OK。3.6.2等效的命令流方法/PREP7 /TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction /UNITS,BIN! 使用英制单位 ET,1,90! 定义热单元 MP,DENS,1,.285! 密度 MPTEMP,,70,200,300,400,500! 建立温度表 MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12! 导热系数 MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.122,.125! 比热 MPDATA,HF,2,,426/144,405/144,352/144,275/144,221/144! 接管对流系 数 ! 定义几何模型参数 RI1=1.3! 罐内半径31ANSYS 热分析指南RO1=1.5! 罐外半径 Z1=2! 罐长 RI2=.4! 接管内半径 RO2=.5! 接管外半径 Z2=2! 接管长 !建立几何模型 CYLIND,RI1,RO1,,Z1,,90! 1/4 罐体 WPROTA,0,-90! 将工作平面旋转到垂直于接管轴线 CYLIND,RI2,RO2,,Z2,-90! 1/4 接管 WPSTYL,DEFA! 将工作平面恢复到默认状态 VOVLAP,1,2! 进行 OVERLAP 布尔操作 /PNUM,VOLU,1! 打开实体编号 /VIEW,,-3,-1,1! 定义显示角度 /TYPE,,4 /TITLE,Volumes used in building pipe/tank junction VPLOT VDELE,3,4,,1! 删除多余实体 ! 划分网格 ASEL,,LOC,Z,Z1! 选择罐上 Z=Z1 的面 ASEL,A,LOC,Y,0! 添加选择罐上 Y=0 的面 CM,AREMOTE,AREA! 创建名为 AREMOTE 的面组 /PNUM,AREA,1 /PNUM,LINE,1 /TITLE,Lines showing the portion being modeled32ANSYS 热分析指南APLOT /NOERASE LPLOT /ERASE ACCAT,ALL! 组合罐远端的面及线，为划分映射网格作准备 LCCAT,12,7 LCCAT,10,5 LESIZE,20,,,4! 在接管壁厚方向分 4 等分 LESIZE,40,,,6! 在接管长度方向分 6 等分 LESIZE,6,,,4! 在罐壁厚方向分 4 等分 ALLSEL! 选择 EVERYTHING ESIZE,.4! 设定默认的单元大小 MSHAPE,0,3D! 选择 3D 映射网格 MSHKEY,1 SAVE! 保存数据文件 VMESH,ALL! 划分网格，产生节点与单元 /PNUM,DEFA /TITLE,Elements in portion being modeled EPLOT! 显示单元 FINISH ! 加载求解 /SOLU ANTYPE,STATIC! 定义为稳态分析 NROPT,AUTO! 设置求解选项为 Program-chosen Newton-Raphson33ANSYS 热分析指南TUNIF,450! 设定初始所有节点温度 CSYS,1! 变为柱坐标 NSEL,S,LOC,X,RI1! 选择罐内表面的节点 SF,ALL,CONV,250/144,450! 定义对流边界条件 CMSEL,,AREMOTE! 选择 AREMOTE 面组 NSLA,,1! 选择属于 AREMOTE 面组的节点 D,ALL,TEMP,450! 定义节点温度 WPROTA,0,-90! 将工作平面旋转到垂直于接管轴线 CSWPLA,11,1! 创建局部柱坐标 NSEL,S,LOC,X,RI2! 选择接管内壁的节点 SF,ALL,CONV,-2,100! 施加材料 2 中定义的对流系数，流体温度为 100 ALLSEL /PBC,TEMP,,1! 显示所有温度约束 /PSF,CONV,,2! 显示所有对流边界 /TITLE,Boundary conditions NPLOT WPSTYL,DEFA CSYS,0 AUTOTS,ON! 打开自动步长 NSUBST,50! 设定子步数量 KBC,0! 设定为阶越 OUTPR,NSOL,LAST! 设置输出 SOLVE! 进行求解 FINISH34ANSYS 热分析指南! 进入后处理 /POST1 /EDGE,,1 /TITLE,Temperature contours at pipe/tank junction PLNSOL,TEMP! 显示温度云图 CSYS,11 NSEL,,LOC,X,RO2 ESLN NSLE /SHOW,,,1! Vector mode /TITLE,Thermal flux vectors at pipe/tank junction PLVECT,TF! 绘制热流矢量图 FINISH /EXIT,ALL3.7 稳态热分析的实例 2－利用表格边界条件进行热分析本例讲述了如何使用一维的表格施加荷载进行热分析。 问题：静态的热传导问题，1×2 的矩形，其一边有固定温度，其余各变为传 热边，对流系数是 X 轴向的函数。3.7.13.7.1.1菜单操作过程定义函数表1、选择“Utility Menu&Parameters&Array Parameters&Define/Edit&Add”，添加表格。 2、输入参数名称“cvtab”。35ANSYS 热分析指南3、在参数类型中选择“Table”；对应 I，J，K 输入 5，1，1；输入 X 作为 变量,点击 OK。 4、选择 EDIT，编辑参数表。 5、在表编辑界面中，第 1 列为变量值，跳过第 1 列第 1 排，在第 1 列第 2～ 6 排中输入 0.0,0.5,1.0,1.5,2.0；同样在第 2 列第 2～6 排输入 20，30，50， 80，120。 6、选择“File&Apply/Quit”，退出。 3.7.1.2 定义单元类型和材料属性1、选择“Main Menu&Preprocessor&Element Type&Add/Edit/Delete”，点 击 Add。 2、选择选择单元类型：左边选 Thermal Solid，右边选 Quad 4node 55，点 击 OK，Close 关闭单元类型窗口。 3、选择“Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models”， 打开材料定义窗口。 4、在材料定义窗口顺序双击 Thermal, Density，在 DENS 域输入 10.0，点 击 OK。 5、双击 Conductivity, Isotropic，在 KXX 域输入 1.0，点击 OK。 6、在材料定义窗口双击 Specific Heat，在 C 域输入 100.0，OK。 7、退出：Material&Exit。 3.7.1.3 建模并划分网格1、选择“Main Menu&Preprocessor&-Modeling-Create&-Areas-Rectangle&By Dimensions”。 2、输入模型参数：X1，X2 域输入 0，2；Y1，Y2 域输入 0，1，点击 OK。 3、选择“Main Menu&Preprocessor&MeshTool”。 4、在 Mesh Tool 菜单的 Size Controls 区点击 Globl 下的 Set 按钮，将弹 出菜单的 Element endge length 值为 0.5；点击 OK。 5、在 Mesh Tool 菜单的 Mesh 区，选择 Areas 和 Map 并确认选择了 Quad 和 3/4 sided，点击 MESH 按钮，在弹出菜单中点击 Pick All。36ANSYS 热分析指南6、关闭 Mesh Tool 菜单并在工具栏点击 SAVE_DB 保存数据库。 3.7.1.4 应用表格边界条件1、选择“Utility Menu&Plot&Lines”。 2、选择“Main Menu&Solution&- Loads-Apply& -Thermal-Temperature&On Lines”，在图形中选择 X=0 位置的垂直线（左边线）；点击 OK。 3、在出现的对话窗中输入 TEMP 值 100；点击 OK。 4、选择“Main Menu&Solution&-Loads-Apply&-Thermal-Convection&On Lines”，在图形中选择除 X=0 位置的边线外的 3 条边线；点击 OK。 5、 在出现窗口的下拉菜单 Apply Film Coef on lines 中选择 Existing table， 删除 VALI 中的其它值，在 VAL2I Bulk temperature 中输入 20，点击 OK。 6、确认 Existing table 选择窗口中显示的是 CNVTAB，点击 OK 图形上将显 示指向变化边界的指示。 7、选择“Main Menu&Solution&- Loads-Apply& -Thermal-Temperature&Uniform Temp”，输入 uniform temperature：50，点 击 OK。 3.7.1.5 显示所施加的载荷1、选择“Main Menu&PlotCtrls&Symbols”，在 Surface Load Symbols 下 拉选项中选择 Convect FilmCoef，在 Show pres and convect as 下拉选项中选 择 Arrows，点击 OK。 2、选择“Menu&PlotCtrls&Numbering”，将 Table Names 设置为 on，点击 OK。 3、在工具栏点击 SAVE_DB 保存数据库。 3.7.1.6 设置分析选项并求解1、选择“Main Menu&Solution&-Analysis Type-New Analysis”，设定分 析类型 Steady-State。 2、选择“Main Menu&Solution&- Load Step Opts-Time/Frequenc& Time and Substps”，在 Time at end of load step 域输入 60，在 Number of substeps 域输入 1，选择 Stepped，点击 OK。37ANSYS 热分析指南3、选择“Main Menu&Solution&- Load Step Opts-Output Ctrls&DB/Results File”，在 Item to be controlled 中选择 All items；在 File write frequency 中选择 Every substep。 4、选择“Main Menu&Solution&-Solve-&Current LS”，查看分析选项是否 正确，关闭/STAT 窗口，点击 OK。 3.7.1.7 后处理1、选择“Main Menu&General Postproc&-Read Results-Last Set”，读入 结果数据。 2、选择“Utility Menu&List&Loads&Surface Loads&On All Nodes”，显 示表面节点载荷。 3、选择“Main Menu&General Postproc&Plot Results&-Contour Plot-Nodal Solu”，选择弹出窗口左边的 DOF Solution，右边的 Temperature，并点击 OK 以显示节点温度等值线。 3.7.1.8 退出 ANSYS点击工具栏中的 QUIT，选择一种退出方式并点击 OK。3.7.2等效的命令流方法/batch,list /show /title, Demonstration Tabular BC&s. /com /com * -----------------------------------------------------------------/com * Table Support of boundary conditions /com * /com * Boundary Condition TypePrimary VariablesIndependent Parameters of position-varying film coefficient using38ANSYS 热分析指南/com * -------------------------------------------------------------/com * Convection:Film CoefficientX/com * /com * Problem description /com * /com is /com * subjected to temperature constraint at the /com * remaining perimeter of the plate boundary is subjected to a convection one of its end, while * A static Heat Transfer problem. A 2 x 1 rectangular plate/com * condition. The film coefficient is a and is described /com * by a parametric table &cnvtab&.function of X-position/com ** *dim,cnvtab,table,5,,,x! 定义表格 cnvtab(1,0) = 0.0,0.50,1.0,1.50,2.0! 自变量名 Var1 = &X& cnvtab(1,1) = 20.0,30.0,50.0,80.0,120.0 /prep7 esize,0.5 et,1,55 rect,0,2,0,1 amesh,1 MP,KXX,,1.0 MP,DENS,,10.039ANSYS 热分析指南MP,C,,100.0 lsel,s,loc,x,0 dl,all,,temp,100 alls lsel,u,loc,x,0 nsll,s,1 sf,all,conv,%cnvtab%,20 alls /psf,conv,hcoef,2! 显示对流边界条件 /pnum,tabn,on! 显示表格 nplot fini /solu anty,static kbc,1 nsubst,1 time,60 tunif,50 outres,all,all solve finish /post1 set,last sflist,all! 列出对流边界条件40ANSYS 热分析指南/pnum,tabn,off! 关闭表格名显示 /psf,conv,hcoef,2 /pnum,sval,1! 显示表格边界条件的数值 eplot! convection at t=60 sec. plns,temp fini3.8 《ANSYS Verification Manual》中与热分析相关的实 例《ANSYS Verification Manual》中包含了很多热分析的实例，尽管这些实 例并没有逐步的指导和所明， 但也通过其中的命令及注释来学习热分析中可能会 遇到的各种问题。下面列出了校验手册中与热分析相关的实例：VM3- Thermal Loaded Support Structure VM23- Thermal-structural Contact of Two Bodies VM27- Thermal Expansion to Close a Gap VM32- Thermal Stresses in a Long Cylinder VM58- Centerline Temperature of a Heat Generating Wire VM64- Thermal Expansion to Close a Gap at a Rigid Surface VM92- Insulated Wall Temperature VM93- Temperature-dependent Conductivity VM94 - Heat-generating Plate VM95 - Heat Transfer From a Cooling Spine VM96 - Temperature Distribution in a Short Solid Cylinder VM97 - Temperature Distribution Along a Straight Fin VM98 - Temperature Distribution Along a Tapered Fin VM99 - Temperature Distribution in a Trapezoidal Fin VM100 - Heat Conductivity Across a Chimney Section VM101 - Temperature Distribution in a Short Solid Cylinder VM102 - Cylinder with Temperature Dependent Conductivity VM103 - Thin Plate with a Central Heat Source VM104 - Liquid-solid Phase Change VM105 - Heat-generation Coil with Temperature Dependent Conductivity VM106 - Radiant Energy Emission41ANSYS 热分析指南VM107 - Thermocouple Radiation VM108 - Temperature Gradient Across a Solid Cylinder VM109 - Temperature Response of a Suddenly-cooled Wire VM110 - Transient Temperature Distribution in a Slab VM111 - Cooling of a Spherical Body VM112 - Cooling of a Spherical Body VM113 - Transient Temperature Distribution in an Orthotropic Metal Bar VM114 - Temperature Response to a Linearly Rising Surface Temperature VM115 - Thermal Response of a Heat-generating Slab VM116 - Heat-conducting Plate with Sudden Cooling VM118 - Centerline Temperature of a Heat Generating Wire VM119 - Centerline Temperature of an Electrical Wire VM121 - Laminar Flow through a Pipe with Uniform Heat Flux VM122 - Pressure Drop in a Turbulent Flowing Fluid VM123 - Laminar Flow in a Piping System VM124 - Discharge of Water from a Reservoir VM125 - Radiation Heat Transfer Between Concentric Cylinders VM126 - Heat Transferred to a Flowing Fluid VM147 - Gray-body Radiation Within a Frustrum of a Cone VM159 - Temperature Controlled Heater VM160 - Solid Cylinder with Harmonic Temperature Load VM161 - Heat Flow from an Insulated Pipe VM162 - Cooling of a Circular Fin of Rectangular Profile VM164 - Drying of a Thick Wooden Slab VM192 - Cooling of a Billet by Radiation VM193 - Adaptive Analysis of Two-dimensional Heat Transfer with Convection42ANSYS 热分析指南第四章 瞬态热分析 4.1 瞬态传热的定义ANSYS/Multiphysics，ANSYS/Mechanical，ANSYS/FLOTRAN 和 ANSYS/Professional 这些产品支持瞬态热分析。瞬态热分析用于计算一个系统 的随时间变化的温度场及其它热参数。在工程上一般用瞬态热分析计算温度场， 并将之作为热载荷进行应力分析。 许多传热应用―热处理问题， 喷管， 引擎堵塞， 管路系统，压力容器等，都包含瞬态热分析。 瞬态热分析的基本步骤与稳态热分析类似。主要的区别是瞬态热分析中的载 荷是随时间变化的。为了表达随时间变化的载荷，可使用提供的函数工具描述载 荷～时间曲线并将该函数作为载荷施加（请参考《ANSYS Basic Porcedures Guide》中的“施加函数边界条件载荷”），或将载荷～时间曲线分为载荷步。 载荷～时间曲线中的每一个拐点为一个载荷步，如下图所示: 图 4-1 用荷载步定义时变荷载对于每一个载荷步，必须定义载荷值及时间值，同时还需定义其它载荷步选 项，如：载荷步为渐变或阶跃、自动时间步长等，定义完一个载荷步的所有信息 后，将其写为载荷步文件，最后利用载荷步文件统一求解。本章对一个铸件的分 析的实例对此有进一步说明。4.2 瞬态热分析中使用的单元和命令瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同，第三章对单元有简单的描述。 要了解每个单元的详细说明，请参阅《ANSYS Element Reference》。要了解每 个命令的详细功能，请参阅《ANSYS Commands Reference》。43ANSYS 热分析指南4.3 瞬态热分析的过程瞬态热分析的过程为： 建模 施加荷载并求解 在后处理中查看结果 以下的内容将讲述瞬态分析的基本步骤，由于并不是每个瞬态分析的过程都 一致，因此本书先对整个过程进行了一般的讲解，再进行实例的分析。4.4 建模建立一个模型首先应为分析指定 jobname 和 title。如果是运行的是 GUI， 可以在 Main Menu&Preferences 中对菜单进行过滤。然后进入前处理器（PREP7） 完成以下工作： 定义单元类型 定义需要的单元实常数 定义材料属性 建立几何实体 划分网格 《ANSYS Modeling and Meshing Guide》中对本部分有详细说明。4.5 施加荷载和求解在瞬态分析中，施加荷载的第一步是定义分析类型，然后为分析建立初始条 件。4.5.1指定分析类型在这一步中，可以如下指定分析类型： GUI: Main Menu&Solution&Analysis Type&New Analysis&Transient44ANSYS 热分析指南如果是一个新的分析，执行命令：ANTYPE,TRANSIENT,NEW 如果是重新启动以前的分析，比如，附加一个荷载。执行命令： ANTYPE,TRANSIENT,REST。 （条件是先前分析的 jobname.ESAV、jobname.DB 等文 件是可以利用的）4.5.2为分析建立初始条件瞬态热分析的初始条件来自于对应的一个稳态计算结果，或者直接为所有节 点设定初始温度。 4.5.2.1 设置均匀的初始温度如果已知模型起始时的环境温度，可用下面的方法来设定所有节点的初始温 度： 命令：TUNIF GUI:Main Menu& Solution&-Loads-&Settings&Uniform Temp 如果不在对话框中输入数据，则默认为参考温度，参考温度的值默认为零， 可以如下设定参考温度： 命令：TREF GUI:Main Menu&Solution&-Loads-&Settings&Reference Temp 注意：设定均匀的初始温度，与下面的设定节点温度（自由度）不同。 命令：D GUI:Main Menu&Solution&-Loads-&Apply&-Thermal-&On Nodes 初始均匀温度仅对分析的第一个子步有效；而设定节点温度将使节点温度在 整个瞬态分析过程等于指定值，除非通过下列方法删除此约束： 命令：DDELE GUI: Main Menu& Solution&-Loads-&Delete&-Thermal-Temperature&On Nodes 4.5.2.1 设置非均匀的初始温度在瞬态热分析（不是稳态热分析）中，可以指定一个和一组初始温度不均匀 的节点，方法如下：45ANSYS 热分析指南命令：IC GUI: Main Menu& Solution&Loads&Apply&-Initial Condit&n&Define 还可以对某些节点设定非均匀的初始温度，同时再设定其它节点的初始温度 为均匀初始温度。要做到这点，只需要在为选择的节点定义不均匀温度之前，先 定义均匀的温度就行了。 用以下命令可显示具有非均匀初始温度的节点： 命令：ICLIST GUI: Main Menu& Preprocessor&Loads&Apply&Initial Condit&n&List Picked 如果初始温度场是不均匀的且又是未知的，就必须首先作稳态热分析确定初 始条件，步骤如下：指定相应的稳态分析荷载，如：温度约束，对流换热等。 关闭瞬态效应 命令：TIMINT,OFF,THERRM GUI： Main Menu&Preprocessor&Load&Time/Frequenc&Time-Time Integration 定义通常较小的一个时间值（如：1E-6 秒） 命令：TIME GUI： Main Menu&Preprocessor&Load&Time/Frequenc&Time-Time Step 定义斜坡或阶越荷载，如果使用斜坡荷载，则就必须考虑相应的时间内产生 的温度梯度效应。 命令：KBC GUI： Main Menu&Preprocessor&Load&Time/Frequenc&Time-Time Step 写荷载步文件 命令：LSWRITE GUI： Main Menu&Preprocessor&Load&Write LS File 对于第二个载荷步，要记住删除所有固定温度边界条件，除非能够判断那些 节点上的温度确实在整个瞬态分析过程中都保持不变。同时，记住执行46ANSYS 热分析指南TIMINT,ON, THERM 命令以打开瞬态效应。更多的细节，请见《ANSYS Commands Reference》中对 D、DDELE、LSWRITE、SF、TIME 和 TIMINT 等命令的详细描述。4.5.3设置荷载步选项对热分析可以设置通用选项，非线性选项和输入控制。 4.5.3.1 设置时间步的策略对于瞬态热分析，既可以用多个载荷步完成（对于阶跃或渐变边界条件）， 也可以只用一个载荷步、采用表格边界条件（对于随时间任意变化在边界条件） 并由一个数组参数定义时间点。表格边界条件方式仅适用于仅传热单元、热电单 元、热表面效应单元、热流体单元以及这些类型单元的部分组合。 如果采用载荷步的方法，则按下述步骤进行： 1．设定每一载荷步结束时的时间： 命令：TIME GUI: Main Time Step Menu& Solution&-Load Step Opts-Time/Frequenc&Time and2. 设定载荷变化方式。如果载荷在这个载荷步是恒定的，需要设为阶越选 项；如果载荷值随时间线性变化，则要设定为渐变选项： 命令：KBC GUI： Main Menu&Preprocessor&Load&Time/Frequenc&Time-Time Step 3． 定义在本载荷步结束时的载荷数值 （相关的命令及菜单路径参见表 3-9） 。 4．将载荷步信息写入载荷步文件： 命令：LSWRITE GUI： Main Menu&Preprocessor&Load&Write LS File 5．对于其它载荷步，重复步骤 1～4 即可，直到所有的载荷都已经写入到荷 载步文件中。如要删除部分载荷（非温度约束），最好将其设置为在一个微小的 时间段中值变为零，而不是直接删除。 如果采用表格参数定义载荷，按如下步骤进行：47ANSYS 热分析指南1. 如《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》中的“采用表格数组参 数施加载荷”所述，用 TABLE 类型的数组参数定义载荷特性（例如，载荷与时间 的关系）。 2. 打开自动时间步长功能（AUTOTS,ON），定义时间步长（DELTIM）或子步 数。 3. 定义时间步重置选项。可以选择在求解中不重置时间步,或基于一个已定 义好的时间（关键时间）数组重置时间步,或基于一个新的关键时间数组重置时 间步。 命令：TSRES GUI： Main Menu&Preprocessor&Load&Time/Frequenc&Time-Time Step GUI： Main Menu&Preprocessor&Load&Time/Frequenc&Time and Substeps 如果选择用新数组并交互时运行， 此时程序要求填写一个n×1 的关键时间数 组。如果以批处理方式运行，则必须在执行TSRES命令之前定义一个数组，其将 时间步重置为由DELTIM或NSUBST命令定义的初始值。 如果在应用时间步重置数组 （TSRES命令）的同时又采用了另外的时间值数组（OUTRES命令的FREQ = %array%），则需确认：如果FREQ数组的时间值比在TSRES数组中所对应的最接近 的时间值大， 则所大的数值至少应为由DELTIM或NSUBST命令定义的初始时间步增 量。例如，如果FREQ数组的时间值为1.5, 2, 10, 14.1,和 15，TSRES数组的时 间值为 1, 2, 10, 14,和 16（在这些值处时间步将重新开始），初始时间步增量 DTIME =0.2，则程序将停止运算，因为在这种设置下，在时间为 14 时时间步将 重置， 那么下一个时间步至少为 14.2， 所要求的FREQ数组时间值 14.1 并不存在。注意：TSRES命令只有在设置了AUTOTS,ON的情况下才有效，如果采用固定时 间步长（AUTOTS,OFF）,则TRES被忽略。 定义关键时间数组的方式如下： 命令：*DIM GUI： Utility Menu&Parameters&Array Parameters&Define/Edit 在关键时间数组中，时间值必须是升序排列的，并且不能超过由TIME命令定 义的载荷步结束时间。在求解过程中,时间步可能会在数组定义的关键时刻点被 重置.重置的大小基于命令DELTIM,DTIME或NSUBST,NSBSTP设置的初始时间步尺 寸或子步数。 4．用一个与关键时间数组类似的 n×1 数组参数来指定将哪些时刻的计算结 果写入结果文件。可以就利用关键时间数组，或用一个不同的数组。如果是交互48ANSYS 热分析指南式运行程序，可在此时创建一个数组或采用已有数组，如果是批处理方式运行程 序，则必须在 OUTRES 命令之前定义该数组。 命令：OUTRES GUI：Main Menu&Solution&-Load Step Opts-Ouput Ctrls&DB/Results File 注意：只有在采用下列仅传热单元、热电单元、热表面效应单元、流体单元 （FLUID166） 或这些单元的组合的情况下， 才能使用 TSRES 命令和相应的时间步 策略： LINK31、LINK32、LINK33、PLANE35、MATEIX50、PLANE55、SHELL57、PLANE67 （只有热自由度） LINK68 、 （只有热自由度） SOLID69 、 （只有热自由度） SOLID70、 、 MASS71、PLANE75、PLANE77、SOLID87、SOLID90、FLUID116、SURF151、SURF152、 SHELL157 只有热自由度） TARGE169、 （ 、 TARGE170、 CONTA171、 CONTA172、 CONTA173、 CONTA174。 4.5.3.2 通用选项求解控制选项 该选项打开或关闭 ANSYS 内部的求解控制功能，如果打开，则用户通常只需 定义子步数（NSUBST）或时间步长（DELTIM），以及载荷步结束时间（TIME）， 其它的求解控制命令将由程序自动设置为其最佳值，详见《ANSYS 命令手册》中 对 SOLCONTROL 命令的描述。按下述方式打开或关闭求解控制： 命令：SOLCONTROL GUI：Main Menu&Solution&Solution Ctrl 时间选项 该选项定义载荷步的结束时间，缺省情况下，第一个荷载步结束的时间是 1.0，此后的荷载步对应的时间强逐次加 1.0。 命令：TIME GUI: Substps Main Menu& Solution&-Load Step Opts-Time/Frequenc&Time and每载荷步中子步的数量或时间步大小 对于非线性分析，每一载荷步需要多个子步。缺省情况下每个荷载步有一个 子步。49ANSYS 热分析指南对于瞬态分析，在热梯度较大的区域（如淬火体的表面），热流方向的最大 单元尺寸和能够得到好结果的最小时间步长有一个关系。 在时间步保持不变的时 候，更多的单元通常会得到更好的结果；但是，在网格尺寸不变的时候，子步越 多， 结果反而会变得更差。 当采用自动时间步和代中间节点的二次单元时， ANSYS 建议使用者根据输入的荷载来控制最大的时间步长， 根据下面的关系来定义最小 的时间步长：其中 为在热梯度最大处沿热流方向的单元长度， 为扩散率，它等于导热 系数除以密度与比热的乘积（ ）。当采用有中间节点的单元时，如果违反上述关系式，ANSYS的计算会出现不希望的振荡，计算出的温度会在物理上 超出可能的范围。如果不采用带中间节点的单元，则一般不会计算出振荡的温度 分布，那么上述建议的最小时间步长就有些保守。 注意：不要采用特别小的时间步长，特别是当建立初始条件时。在ANSYS中， 很小的数可能导致计算错误，比如：当一个问题的时间量级为的时候，时间步长 为 1×10－10时就可能产生数值错误。 命令：NSUBST 或 DELTIM GUI: Main Menu&Solution&-Load Step Opts-&Time/Frequenc&Time and Substps4.5.4非线性选项对于单场非线性热分析，ANSYS 允许三种求解选项：FULL 选项对应于缺省的 全 N-R 算法；Quasi 选项对应于在非线性热问题求解过程中有选择性地重构热矩 阵－只有当非线性材料的性质改变量较大（用户控制）时，才重构热矩阵，该选 项在时间步间不执行平衡迭代，材料性质根据载荷步开始时的温度来确定； Linear 选项只在每个载荷步的第一个时间步构建一个热矩阵，它只适用于进行 快速求解以得到一个近似的结果。 在 ANSYS 中， 这些选项可通过 THOPT 命令来选择， Quasi 和 Linear 选项直接 组集热矩阵，只有 ICCG 和 JCG 求解器支持这种求解，可用 EQSLV 命令选择这些 求解器。 对于 Quasi 求解选项，必须定义用于矩阵重构的材料参数改变容差，缺省的 容差为 0.05，对应于材料参数变化 5％。Quasi 选项设置一个单一的固定材料表 以及在最高和最低温度之间等分的温度指针，用以计算随温度变化的材料性质。 因此，采用该选项时，必须为固定材料表定义温度指针数（缺省为 64）以及最50ANSYS 热分析指南高和最低温度（缺省为 MPTEMP 命令定义的最高和最低温度）。还可用 THOPT 命 令定义其它非线性载荷选项。 命令：THOPT GUI:Main Menu&Solution&Analysis Options 只有存在非线性时，才需要定义非线性荷载步选项，包括： 平衡迭代次数 本选项设置每一子步允许的最大迭代次数， 默认值为 25， 对大多数非线性热 分析问题已经足够。如果打开求解控制（SOLCONTROL,ON），则缺省的迭代数介 于 15 到 26 之间，根据具体的物理问题而变化。 命令：NEQIT GUI: Main Menu& Solution&-Load step opts&Nonlinear&Equilibrium Iter 自动时间步长 在瞬态分析中也称为的时间步优化，它使程序自动确定子步间的载荷增量。 同时，它根据分析模型的响应情况，自动增、减时间步大小。在瞬态分析中，响 应检测基于热特征值。 对于 THOPT,Quasi 选项， 时间步的修正也基于求解过程中 的材料参数变化情况。如果特征值小，就采用大的时间步，反之亦然。在确定下 一时间步长时，上一时间步中所进行的平衡迭代数量也是要考虑的依据之一，同 时也要考虑非线性单元的状态变化。对于大多数问题，都应该打开自动时间步长 功能并设置积分时间步长的上下限， 上下限的设置可用 NSUBST 或 DELTIM 命令或 下面相应的菜单路径，这种设置有助于控制时间步长的变化量。 GUI: Substps Main Menu& Solution&-Load Step Opts-&Time/Frequenc&Time and设置自动时间步选项： 命令：AUTOTS GUI: Substps Main Menu& Solution&-Load Step Opts-&Time/Frequenc&Time and调整自动时间步长中的默认参数值 命令：TINTP GUI: Main Menu& Time Integration Preprocessor& Loads &-Load Step Opts-Time/Frequenc&51ANSYS 热分析指南时间积分效应 该选项决定了是否包括结构惯性力，热容之类的瞬态效应。 注意： 在瞬态分析时， 时间积分效应缺省是打开的， 如果将其设为 OFF， ANSYS 将进行一个稳态分析。指定时间积分效应，使用： 命令：TIMINT GUI: Main Menu& Solution&-Load Step Opts-&Time/Frequenc&Time Integration 瞬态积分参数 瞬态积分参数：此参数控制时间积分方案的性质并设定自动时间步长控制标 准，详情请参考《ANSYS Theory Reference》。为尽量减少计算结果中的误差， 可将此参数（THETA 值）设为 1。 命令：TIMINT GUI: Main Menu& Solution&-Load Step Opts-&Time/Frequenc&Time Integration 对收敛容差，求解结束，线性搜索，预测－矫正等选项的设置参见本书第三 章。4.5.5输出控制本节内容可参见本书第三章。4.5.6求解本节内容可参见本书第三章。4.6 后处理ANSYS 提供两种后处理方式。4.6.1 通用后处理（POST1）本节内容可参见本书第三章。52ANSYS 热分析指南4.6.2时间历程后处理（POST26）时间历程后处理器 POST26 对随时间变化的变量进行操作， ANSYS 为每一个变 量安排一个编号，第一号固定为时间。在时间历程后处理中首先要定义变量。 命令：NSOL,ESOL 或 RFORCE GUI: Main Menu&TimeHist Postproc&Define Variables 然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线： 命令：PLVAR GUI: Main Menu&TimeHist Postproc&Graph Variables 或列表输出： 命令：PRVAR GUI: Main Menu&TimeHist Postproc&List Variables 或仅列出极值： 命令：EXTREM GUI: Main Menu&TimeHist Postproc&List Extremes 通过在时间历程后处理器中观察模型的一些临界时刻点，就能够进一步在通 用后处理器中这些时刻的结果进行后处理。此外，POST26 还提供许多其它功能， 更多的细节请参阅《ANSYS 基本过程指南》。4.7 相变问题ANSYS 热分析最强大的功能之一就是可以分析相变问题， 例如凝固或熔化等。 含有相变问题的热分析是一个非线性的瞬态问题，典型的相变应用有： 金属浇铸：确定相变过程中不同点处的温度分布、相变发生的时间长度、浇 铸的热效率等； 合金生产：由化学差异而不是物理差异导致相变； 热处理问题；53ANSYS 热分析指南相变问题是一个非线性的瞬态热分析，线性的瞬态热分析与非线性的瞬态热 分析之间唯一的不同是： 需要考虑潜热， 即在相变过程吸收或释放的热量。 ANSYS 通过定义材料的焓随温度变化来考虑潜热（如下图所示）。 图 4-2 材料焓随温度的变化焓的单位是J/m3，是密度与比热的乘积对温度的积分：求解相变问题，应当设定足够小的时间步长，并将自动时间步长设置为 ON， 以使程序在相变前、相变中、相变后自动调整时间步长； 选用低阶的热单元，例如 PLANE55 或 SOLID70。如果必须选用高阶单元，请 利用相应的单元选项设置“Diagonalized Specific heat matrix”（对于低阶 单元，这是缺省值）； 在设定瞬态积分参数时，请将 THETA 值设置为 1(默认为 0.5)，以便瞬态时 间积分采用欧拉向后差分算法； 命令：TINTP GUI: Main Menu& Solution&-Load and Step Opts-&Time/Frequence&Time Intergation&THETA 线性搜索将有助于加速相变问题的求解。 命令：LNSRCH54ANSYS 热分析指南GUI: Main Menu&Solution&-Load and Step Opts-&Nonlinear&Line Search4.8 瞬态热分析的实例 14.8.1 问题描述一个 30 公斤重、温度为 70℃的铜块,以及一个 20 公斤重、温度为 80℃的铁 块，突然放入温度为 20℃、盛满了 300 升水的、完全绝热的水箱中,如图所示。 过了一个小时，求铜块与铁块的最高温度(假设忽略水的流动)。材料热物理性能 如下：热性能 导热系数 密度 比热 单位制 W/m℃ Kg/m3铜 383 铁 70 水 .61 996 4185J/kg℃4.8.24.8.2.1菜单操作过程设置分析标题1、选择“Utility Menu&File&Change Jobname”，输入文件名 Transient1。 2、选择“Utility Menu&File&Change Title” 输入 Thermal Transient Exercise 1。55ANSYS 热分析指南4.8.2.2定义单元类型1、选择“Main Menu&Preprocessor”，进入前处理。 2、选择“Main Menu&Preprocesor&Element Type&Add/Edit/Delete”。选 择热平面单元 plane77。 4.8.2.3 定义材料属性1、选择“Main Menu&Preprocessor&Material Props&Material Models”， 在弹出的材料定义窗口中顺序双击 Thermal 选项。 2、点击 Conductivity，Isotropic，在 KXX 框中输入 383；点击 Density， 在 DENS 框中输入 8898；点击 Specific Heat，在 C 框中输入 390。 3、在材料定义窗口中选择 Material&New Model，定义第二种材料。 4、点击 Conductivity，Isotropic，在 KXX 框中输入 70；点击 Density，在 DENS 框中输入 7833；点击 Specific Heat，在 C 框中输入 448。 5、在材料定义窗口中选择 Material&New Model，定义第三种材料。 6、点击 Conductivity，Isotropic，在 KXX 框中输入.61；点击 Density， 在 DENS 框中输入 996；点击 Specific Heat，在 C 框中输入 4185。 4.8.2.4 创建几何模型1、选择“Main Menu&Preprocessor&-Modeling-&Create&-Areas-&Retangle&By Dimensions”， 输入 X1=0, Y1=0, X2=0.6, Y2=0.5, 点击 Apply；输入 X1=0.15, Y1=0.225, X2= 0.225,Y2=0.27, 点击 Apply；输入 X1=0.6-0.2-0.058, Y1=0.225, X2=0.6-0.2, Y2=0.225+0.044, 选择 OK。 2、选择“Main Menu&Preprocessor&-Modeling-&Operate&Booleans&Overlap”， 选择 Pick All。 3、选择“Utility Menu&Plotctrls&Numbering&Areas, on”。 4、选择“Utility Menu&Plot&Areas”。 4.8.2.5 划分网格1、选择“Main Menu&Preprocessor&-Attributes-&Define-&All Areas”， 选择材料 1。56ANSYS 热分析指南2、选择“Main Menu&Preprocessor&Meshing-&Size Cntrls-&-Manualsize-&-Global-&Size”，输入单元大小 0.02。 3、选择“Main Menu&Preprocessor&Meshing-&Mesh-&-Areas-&Mapped&3 or 4 sided”，选择铜块。 4、选择“Main Menu&Preprocessor&-Attributes-&Define-&All Areas”， 选择材料 2。 5、选择“Main Menu&Preprocessor&Meshing-&Mesh-&-Areas-&Mapped&3 or 4 sided”，选择铁块。 6、选择“Main Menu&Preprocessor&-Attributes-&Define-&All Areas”， 选择材料 3。 7、选择“Main Menu&Preprocessor&Meshing-&Size Cntrls-&-Manualsize-&-Global-&Size”，输入单元大小 0.05。 8、选择“Main Menu&Preprocessor&Meshing-&Mesh-&-Areas-&Free”，选 择水箱。 9、选择“Utility Menu&Plot&Area”。 4.8.2.6 进行稳态分析设置初始条件1、选择“Main Menu&Solution&-Analysis Type-&New Analysis”，选择 Transient，定义为瞬态分析。 2、选择“Main Menu&Solution&-Load Step Opts&Time/Frenquenc&Time Integration”，将 TIMINT 设定为 off，首先进行稳态分析。 3、 选择“Main Menu&Solution&-Load Step Opts&Time/Frenquenc&Time-Time Step”，设定 TIME 为 0.01、DELTIM 也为 0.01 4、选择“Utility Menu: Select&Entities”，在对话框中自上而下依次选 择：Elements，By Attributes，Material num，在“Min， Max”框中输入 3， 选择 From Full，点击 APPLY；选择选择 Nodes，Attached to, Element，点击 OK。 5、选择“Main Menu&Solution&-Loads-&Apply&-Thermal-&Temperature&On Nodes”，选择 Pick All, 输入 20。 6、选择“Utility Menu: Select&Entities”，在对话框中自上而下依次选 择：Elements，By Attributes，Material num，在“Min， Max”框中输入 2， 选择 From Full，点击 APPLY；选择选择 Nodes，Attached to, Element，点击 OK。57ANSYS 热分析指南7、选择“Main Menu&Solution&-Loads-&Apply&-Thermal-&Temperature&On Nodes”，选择 Pick All, 输入 80。 8、选择“Utility Menu&Select&Entities”，在对话框中自上而下依次选 择：Elements，By Attributes，Material num，在“Min， Max”框中输入 1， 选择 From Full，点击 APPLY；选择选择 Nodes，Attached to, Element，点击 OK。 9、选择“Main Menu&Solution&-Loads-&Apply&-Thermal-&Temperature&On Nodes”，选择 Pick All, 输入 70。 10、选择“Utility Menu&Select Everything”。 11、Main Menu&Solution&-Solve-&Current LS”。 4.8.2.7 进行瞬态分析1、 选择“Main Menu&Solution&-Load Step Opts&Time/Frenquenc&Time-Time Step”，设定 TIME=3600,DELTIM=26, 最小、最大时间步长分别为 2, 200, 将 Autots 设置为 ON。 2、选择“Main Menu&Solution&-Load Step Opts&Time/Frenquenc&Time Integration”，将 TIMINT 设置为 ON。 3、 选择“Main Menu&Solution&-Loads-&Delete&-Thermal-&Temperature&On Nodes”，选择 Pick All，删除稳态分析定义的节点温度。 4、选择“Main Menu&Solution&-Load Step Opts&Output Ctrls-&DB/Results”，选择 Every Substeps。 5、选择“Main Menu&Solution&-Solve-&Current LS”。 4.8.2.8 后处理1、选择“Main Menu&TimeHist PostPro”，进入 POST26。 2、选择“Main Menu&TimeHist PostPro&Define Variables”，点击 Add， 选择 Solution summary，点击 OK，在 User specified label 框中输入 dtime， 选择 Solution Items 和 Step Time，点击 OK 定义子步时间为 2 号变量。 3、选择“Main Menu&TimeHist PostPro&Define Variables”，点击 Add， 选择 Nodal result，点击 OK，在 User specified label 框中输入 T_Copper， 在 Node number 框中输入 node(0.5,0)，点击 OK 定义 3 号变量。同 理可以定义其他节点解。58ANSYS 热分析指南4、选择“Main Menu&TimeHist PostPro&Graph Virables”，输入变量代号， 显示各变量随时间变化的曲线。 5、选择“Main Menu&General Postproc”，进入 POST1。 6、选择“Main Menu&General Postproc&-Read Results-&Last set”。 7、选择“Main Menu&General Postproc&Plot result&Nodal Solution”， 选择 temperature。4.8.3等效的命令流方法/filename,transient1 /title, Thermal Transient Exercise 1 !进入前处理 /prep7 et,1,plane77! 定义单元类型 mp,kxx,1,383! 定义材料热性能参数 mp,dens,1,8889!1～铜，2～铁，3～水 mp,c,1,390 mp,kxx,2,70 mp,dens,2,7837 mp,c,2,448 mp,kxx,3,0.61 mp,dens,3,996 mp,c,3,4185 !创建几何实体 rectnag,0,0.6,0,0.5 rectang,0.15,0.225,0.225,0.2759ANSYS 热分析指南rectang,0.6-0.2-0.058,0.6-0.2,0.225,0.225+0.044 aovlap,all!布尔操作 /pnum,area,1 aplot !划分网格 aatt,1,1,1 eshape,2 esize,0.02 amesh,2 aatt,2,1,1 amesh,3 aatt,3,1,1 eshape,3 esize,0.05 amesh,4 /pnum,mat,1 eplot finish !加载求解 /solu antype,trans timint,off!先作稳态分析,确定初始条件 time,0.01!设定只有一个子步的时间很小的载荷步 deltim,0.0160ANSYS 热分析指南esel,s,mat,,3 nsle,s d,all,temp,20 esel,s,mat,,2 nsle,s d,all,temp,80 esel,s,mat,,1 nsle,s d,all,temp,70 allsel solve!得到初始温度分布 !进行瞬态分析 time,3600 timint,on!打开时间积分 deltim,26,2,200!设置时间步长，最大及最小时间步长 autots,on!打开自动时间步长 ddelet,all,temp!删除稳态分析中定义的节点温度 outres,all,1!将每个子步的值写入数据库文件 solve finish save !进入 POST26 后处理 /post26 solu,2,dtime,,dtime!2～每一子步采用的时间步长61ANSYS 热分析指南nsol,3,node(0.5,0),temp,,T_Copper!3～铜块的中心点 nsol,4,node(0.371,0.247,0),temp,,T_Iron!4～铁块的中心点 nsol,5,node(30,0,0),temp,,T_H2O_Bot!5～水箱的底部 nsol,6,node(30,50,0),temp,,T_H2O_Top!6～水箱的顶部 nsol,7,node(0,25,0),temp,,T_H2O_Left!7～水箱的左部 nsol,8,node(60,25,0),temp,,T_H2O_Right!8～水箱的右部 Plvar,2 plvar,3,4,5,6,7,8 finish !进入 POST1 后处理 /post1!设置为最后一个载荷子步 set,last esel,s,mat,,1 nsle,s plnsol,temp esel,s,mat,,2 nsle,s plnsol,temp finish4.9 瞬态热分析的实例 24.9.1 问题描述62ANSYS 热分析指南矩形的一个边温度恒定 100℃。对边施加对流边界载荷，对流换热系数随固 体表面温度而变化，如下表。初始温度为 100℃,求解此矩形 60 秒温度分布的变 化。表面温度（℃） 对流换热系数 20 10 50 20 100 304.9.2命令流方法finish /clear *dim,cnvtab,table,3,,,TEMP ! 定义表格矩阵参数 cnvtab，变量为 TEMP cnvtab(1,0) = 20.0,50.0,100.0 cnvtab(1,1) = 10.0,20.0,30.0 /prep7 esize,0.5 et,1,55 rect,0,2,0,1 amesh,1 MP,KXX,,1.0 MP,DENS,,10.0 MP,C,,100.0 lsel,s,loc,x,0 dl,all,,temp,100 lsel,s,loc,x,2 sfl,all,conv,%cnvtab%,,20 alls63ANSYS 热分析指南/psf,conv,hcoef,2! 显示对流边界 /pnum,tabn,on! show table names lplot fini /solu antyp,trans kbc,1 DELTIM,.1,.05,10 time,60 tunif,100 outres,all,all solve finish /post1 set,last sflist,all!对流系数值 /pnum,tabn,off /psf,conv,hcoef,2! 显示对流边界. /pnum,sval,1! 显示表格参数的数值. eplot /pnum,sval,0 plns,temp fini /post2664ANSYS 热分析指南nsol,2,2,temp prva,2 plva,2 finish4.10 《ANSYS Verification Manual》中与瞬态热分析相 关的实例VM28- Transient Heat Transfer in an Infinite Slab VM94- Heat Generating Plate VM104 -Liquid-solid phase change VM109 -Temperature gradient across a solid cylinder VM110 -Transient temperature distribution in a slab VM110 - Transient Temperature Distribution in