ANSYS耦合场分析指南第三章.docx

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1、ANSYS耦合场分析指南第三章发表时间：2007-11-20  作者:安世亚太  来源:e-works关键字:ANSYS 耦合场分析 CAE教程 第三章直接耦合场分析3.1进行直接耦合场分析在直接耦合场分析中，只需用耦合场单元进行一次分析。表3-1中列出了具有耦合场分析能力的单元。表3-1耦合场单元[1]单元名称描述SOLID5耦合场六面体PLANE13耦合场四边形FLUID29声学四边形FLUID30声学六面体CONTAC482-D点对面接触CONTAC493-D点对面接触CONTA1712-D面对面接触CONTA1722-D面对面接触CONT

2、A1733-D面对面接触CONTA1743-D面对面接触SOLID623-D磁－结构单元FLUID116热－流体管道单元PLANE67热电四边形单元LINK68热电线单元SOLID69热电六面体单元SOLID98耦合场四面体单元CIRCU124通用电路单元SHELL157热电壳单元TRANS126机-电换能器1.有限元模型可以混合一些带有VOLT自由度的耦合场单元，要保证相容性，单元必须有相同的支反力（参见《ANSYSElectromagneticFieldAnalysisGuide》中的第§13.3节）。耦合场单元包含所有必要的自由度，通过计算

3、适当的单元矩阵（矩阵耦合）或是单元载荷矢量（载荷矢量耦合）来实现场的耦合。在用矩阵耦合方法计算的线性问题中，通过一次迭代即可完成耦合场相互作用的计算，而载荷矢量耦合方法在完成一次耦合响应中至少需要二次迭代。对于非线性问题，矩阵方法和载荷矢量耦合方法均需迭代。表3-2给出了ANSYS/Multiphysics产品用于直接方法时所支持的不同类型的耦合场分析，以及每种类型所需要的耦合类型。想进一步了解有关矩阵和载荷矢量耦合请参阅《ANSYSTheoryReference》。ANSYS/Professional软件包只支持热－电直接耦合，ANSYS/Em

4、ag软件包只支持电磁场和电磁－电路直接耦合。表3-2直接耦合场分析中用到的耦合方法分析类型耦合方法热－结构载荷矢量(如使用了接触单元则为矩阵)磁－结构载荷矢量电－磁矩阵电－磁－热－结构载荷矢量电－磁－热载荷矢量压电矩阵热－压力矩阵和载荷矢量速度－温度－压力矩阵压力－结构(声学)矩阵热－电载荷矢量磁－热载荷矢量静电－结构载荷矢量电磁－电路矩阵电－结构－电路矩阵注意－在子结构分析中使用载荷矢量耦合方法的耦合场单元无效。在生成子结构的过程中，迭代解无效，所以，ANSYS程序忽略所有的载荷矢量和反馈耦合效应。因为有时载荷矢量耦合场单元的非线性行为可能很严

5、重，故需要用到预测器和线性搜索选项以加强收敛。《ANSYSStructuralAnalysisGuide》中的§8介绍了这些选项。对于上述的分析类型，本章将重点介绍如何进行热－电分析、压电分析、磁－结构分析和电磁－结构分析。3.1.1热－电分析在ANSYS/Multiphysics和ANSYS/Professional软件包中提供热－电分析功能，即计算导体中由于直流电(DC)带来的焦耳热所造成的温度分布。典型应用为加热线圈、保险丝和电子部件。进行热电分析需要用到下列单元类型：LINK68耦合热－电线单元PLANE67耦合热－电四边形单元SOLID

6、69耦合热－电六面体单元SOLID5耦合场六面体单元SOLID98耦合场四面体单元SHELL157耦合热－电壳单元3.1.1.1注意要点耦合场分析既可以是稳态的，也可是瞬态的，其步骤与稳态或瞬态热分析基本一样(参见《ANSYSThermalAnalysisGuide》)。应注意以下要点：Ÿ瞬态分析仅考虑到瞬态热效应，而忽略电容和电感等瞬态电效应。Ÿ必须定义电阻率(RSVX)和热传导率(KXX)，它们可以是常数，也可与温度相关。ŸPLANE67单元假定为单位厚度，无法输入厚度参数。如果实际的厚度(t)不均匀，那么需如下调整材料特性：将热传导率和密度

7、乘以t，而将电阻率除以t。Ÿ应确保所有的输入数据单位一致。例如，如果电流和电压和单位分别为安培和伏特，那么热传导率的单位应为瓦／长度－度，这样输出的焦耳热的单位才为瓦。Ÿ如果问题收敛困难，激活线性搜索功能（LNSRCH）。3.1.2压电分析压电效应分析是一种结构－电场耦合分析。当给石英和陶瓷等压电材料加电压时，它们会产生位移，反之若使之振动，则会产生电压。压力传感器就是压电效应的一种典型的应用。压电分析（ANSYS/Multiphysics或ANSYS/Mechanical软件包提供这种分析）类型可以是静力、模态、预应力模态、谐波、预应力谐波和瞬

8、态分析。压电分析只能用下列单元类型之一：PLANE13,KEYOPT(1)=7，耦合场四边形实体单元SOLID5,KEYOPT(1)=0