ANSYS 有限元热分析上机指导书

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1、第四讲热分析上机指导书CAD/CAM实验室，USTC实验要求：1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS进行瞬态热分析的基本过程。内容1：冷却栅管问题问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a）的温度场分布及位移和应力分布。一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。冷却栅材料为不锈钢，特性如下：导热系数：25.96W/m℃弹性模量：1.93×109MPa热膨胀系数：1.62×10-5/℃泊松比：0.3边界条件：（1）管内：压力：6.89MPa

2、流体温度：250℃对流系数249.23W/m2℃（2）管外：空气温度39℃对流系数：62.3W/m2℃假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b。其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。练习1－1：冷却栅管的稳态热分析步骤：1.定义工作文件名及工作标题1)定义工作文件名：GUI:UtilityMenu>File>ChangeJobname，在弹出的【ChangeJobname】对话框中输入文件名Pipe_Thermal，单击OK按钮。2)定义工作标题：GUI:UtilityMenu>File>ChangeTitle，在弹出的【ChangeTit

3、le】对话框中2DAxisymmetricalPipeThermalAnalysis，单击OK按钮。3)关闭坐标符号的显示：GUI:UtilityMenu>PlotCtrls>WindowControl>WindowOptions，在弹出的【WindowOptions】对话框的Locationoftriad下拉列表框中选择NoShown选项，单击OK按钮。2.定义单元类型及材料属性1)定义单元类型：GUI:MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit>Delete命令，弹出【ElementTypes】对话框，单击Add按钮，弹出【Libra

4、ryType】对话框，选择ThermalSolidQuad8node77选项，单击OK按钮。2)设置单元选项：单击【ElementType】对话框的Options按钮，弹出【Plane77elementtypeoptions】对话框，在Elementbehavior下拉列框中选择Axisymmetrical选项，单击OK按钮，单击Close按钮。1)设置材料属性：GUI:MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels，弹出【DefineMaterialModelsBehavior】窗口，双击MaterialModelAvail

5、able列表框中的StructuralLinearElasticIsotropic选项，弹出【LinearIsotropicMaterialPropertiesforMaterialNumber1】对话框，在EX和PRXY文本框中分别输入1.93E11J和0.3，单击OK按钮。接着为材料1设置导热系数，点击ThermalConductivityIsotropic，弹出【ConductivityforMaterialNumber1】对话框，在KXX文本框中填入25.96，单击OK按钮，关闭材料属性定义对话框。2.建立几何模型1)创建矩形面：GUI:MainMenu>Pre

6、processor>Modeling>Create>Areas>Rectangle>ByDimensions，弹出【CreateRectanglebyDimensions】对话框，在X-coordinates文本框中输入0.127，0.152，在Y-coordinates文本框中输入0，0.025，单击Apply按钮。接着在X-coordinates文本框中输入0.127，0.304，在Y-coordinates文本框中输入0，0.005，单击OK按钮。2)面相加操作：GUI:MainMenu>Preprocessor>Operate>Booleans>Add>Areas，弹出一

7、个拾取框，单击PickAll按钮。3)打开线编号控制：GUI:UtilityMenu>PlotCtrls>Numbering，弹出【PlotNumberingControls】对话框，选择Linenumbers复选框，单击OK按钮。1)线倒角：GUI:MainMenu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>LineFillet，弹出一个拾取框，拾取编号为L11和L13的线，单击OK按钮，弹出【LineFillet】对话框，在RADFilletrad