基于ANSYS的温度场计算

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1、基于ANSYS的温度场计算ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用冇限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口,实现数据的共享和交换，如Pro/Enginecr,NASTRAN,Alogor,T-DEAS,AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAD工具之一。应用ansys分析软件对一个具体的对彖进彳亍分析和计算时，完整的ansys分析过程可分成三个阶段：即前处(Preprocessing),前处理是建立冇限元模型，完成单元网格剖分:求解(Solu

2、tion)和后处理(Postprocessing),后处理则是采集处理分析结果，使用户能简便提取信息，了解计算结果。下面分别进行说明。Ansys的前处理Ansys的前处理技术一般由两部分组成:一、对求解场域进行离散，生成有限元网格;二、区域物理参数的处理。网格剖分主要是实现对求解场威单元的自动剖分，门动把各个单元和节点进行编号，确定各节点的坐标、边界节点的编号等数据，形成一个数据文件，作为冇限元程序的输入数据。为了方便查看各单元剖分情况，判断合理性，还要绘制网格剖分图。自适应网格剖分(AdaptiveMeshGeneration

3、)及其加密技术是近年来ansys温度场计算中发展比较快和比较完整的内容，它也屈于ansys的前处理范畴。前处理程序是定义问题的程序，它安排所有必须进行汇编的实体数据。它由可分开的两部分组成。第一部分是几何图形和拓扑结构的描述，即该实体冇一定几何形状和材料性质，这是对原型样机的结构仿真，我们通过第一部分的工作建立有限元分析实体模型。第二部分可以认为是对原型样机进行仿真的实验描述，包括边界条件、激励和时间变化情况的处理。一个恰当的、剖分质量好的有限元网格，对计算的作用是致关重耍的。网格单元的数量、形状与密度分布，将会对计算结果的精确

4、度、计算效率和计算资源的利用产生直接的影响。而对于复杂的几何体，网格的划分相当费吋且容易出错。现在，为了适应分析对象的大型化、高精度的计算结果要求和运行处理自动化的需耍，必须实现有限元网格的自动生成，来解决手工操作时存在的工作量大、处理过程繁琐和出错率高等问题。随着有限元数值计算技术的口益成熟，网格生成自动化水平已经成为数值计算软件适应范围与应用价值的关键因素。所以如何自动的根据冃标区域的几何结构情况，对它进行离散化，生成满足数值计算需要的网格数据，以及根据计算结果的误差分布情况对网格进行重处理，这些-•直都是有限元应用技术研究

5、的热点问题。在网格剖分时，应当注意控制节点数量。一般来说，节点数越多，则解的精度越高，但同时所费的计算时间也越长，计算机的数据存储量也越大。另一方面,在同样节点数的条件下，网格m元在区域中的疏密配置的合理性对计算精度的影响也是相当大的。所以这就要求事先对所要分析的场域屮场的分布有个初步了解，以便在网格剖分时能做到比较合理的剖分，达到较高的计算精度。在设计有限元网格生成的算法过程屮，都冇一些基本的性能指标和准则，以及一些共同的方法和步骤可遵循。如将一连续场域离散成有限数冃的元素z和，都是冇一定的规律口j循的。因冇限元网格的形状、数

6、量以及分布的密度等特征，对后续的计算精度和所占用的CPU资源有着相当密切的关系。所以在网格剖分屮必须注意以下情况：①网格各单元边彼此间的长度不能相差太大，以避免出现尖锐形的单元，对三维单元剖分而言，单元形状不能扭曲，这样才能保证计算的精度；②考虑到压缩系数矩阵的总存储量，不宜在一个节点周围集中很多的单元。但当矩阵非常稀疏吋，如采用非零元素存贮技术，可不考虑这个因素；③各单元边上节点的分布应当尽可能的使他们大致均匀；④在一个单元内部，介质参数应当为常数；⑤在场域的对称部分，单元的形态也应当尽量对称；⑥需要着重分析的区域，或那些场量

7、变化剧烈的地方，单元分布的密度应比其它的地方要高；⑦求解域边界上节点的配置应当使单元边尽量逼近边界；⑧单元及节点的编排方法应尽量规格化。评价一个网格生成算法的性能，一般从以下四个方血來考虑：（1）自动化程度:在数据准备阶段，需要手工处理的工作量;在程序执行过程屮，需要人工干预的工作量;在计算结果和网格单元剖分之间，应能根据最终计算结果来反应误差的分布情况，实现局部加密，即所谓的网格自适应加密。(2)网格单元质量：如果一个三角形单元呈小内角长薄型，即认为是畸形。网格单元Z间，一般要求满足Delaunay准则：即对于有一条公用边的两

8、个相邻接单元，其屮-•个三角形单元的外接圆不能包含另外-•个三角形单元的第三个顶点。(2)扩张性和健壮性：扩张性指的是能否从二维空间延仲到三维空间。健壮性指的是算法对待剖分目标区域的边界要求是否很高，比如在凸区域、凹区域、直线边界区域、曲线边界区域、单连通区域、