搜索【應用】熱應力耦合場分析
2016-11-03 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
耦合場分析是分析不同工程學科(物理領域)的相互作用,我們常常把一個耦合場分析稱為一個多物理場分析。一般是在一個場的分析結果的基礎上,再加上另外一個場分析,這就叫做耦合。熱應力耦合作為耦合場的一種,也是很多實際工程中需要考慮的問題。在產品設計中,一般按靜強度準則已滿足使用要求,但由于產品的熱膨脹系數不同,并且由很多零件裝配在一起使用時,如果各個零件的溫度變化較大,在一定溫升下各零件間因熱膨脹系數不同,而產生很大的熱應力。特別是對于處于復雜環境中的產品,內外表面因存在巨大的溫度差,而產生很大的熱應力,雖然該產品常溫下靜強度完全滿足使用需求,但常會因為熱應力而導致產品破壞。
因此對于工作在溫度變化比較大環境中的產品設計,往往需要對其進行溫度場和熱應力計算,以考慮溫度變化時結構強度是否滿足設計要求。
1 熱應力產生原因·當結構加熱或冷卻時,會膨脹或收縮;
·若變形受到限制—如位移約束或反向壓力,則結構內會產生熱應力;
·另一種情況是結構變形不均勻,如由于不同的材料屬性(不同的熱膨脹系數等)。
2 熱應力分析方法·直接耦合法:
直接使用具有溫度和位移自由度的耦合場單元,可同時得到熱分析和結構分析的結果。
·間接法(順序耦合):
首先進行單純的熱分析,然后將得到的熱分析結果作為體載荷施加在結構上,進行結構應力分析。
3 推薦使用方法對于熱應力問題,熱分析的溫度結果導出給結構分析,但結構的應變一般不影響溫度分布。因此,沒有必要迭代兩個場之間的解。推薦熱應力分析采用間接法分析。
本分析方法適用于物理場之間單向的耦合關系。例如,熱分析的溫度場結果將顯著影響到結構應力分析結果,不考慮結構應力應變分析對溫度場的影響。本方法一般來說比直接耦合方法效率高,而且不需要特殊的單元類型。
下圖給出了直接耦合和順序耦合的區別:
4 具體分析流程
ANSYS熱應力分析在經典界面(APDL)和Workbench界面(Mechanical)都可以使用,可同時滿足不同用戶的使用習慣和分析需求。ANSYS Workbench分析界面基于Windows操作風格,界面友好,易學易用,近幾年來得到越來越多用戶的青睞。并且對于熱應力分析,Workbench界面更容易實現整個分析流程。下面將具體介紹兩種界面的分析步驟。
ANSYS APDL界面分析(1)直接耦合法
? 指定單元類型,單元類型的指定需要指定耦合場單元,例如Solid5、Plane13、Solid98、Plane223、Solid226和Solid227。這些單元要同時具有UX、UY、UZ和TEMP自由度。? 指定材料類型,除了結構的靜力分析材料屬性之外,還需設置熱分析的材料屬性以及熱膨脹系數。? 施加熱邊界和結構邊界。? 指定分析類型,支持靜力分析,完全法瞬態分析和完全法諧響應分析。? 所有設置完成后,進行求解及結果后處理。(2)順序耦合法
當在順序求解使用手工方法時將熱節點溫度施加到結構單元上有兩種選項。選擇的原則在于結構模型和熱模型是否有相似的網格劃分:
ANSYS Mechanical界面分析
(1)直接耦合法
分析流程和ANSYS APDL直接法基本一致,除了Mechanical界面不支持耦合單元的GUI界面定義,只能通過插入命令流或者ACT拓展包來定義。(2)順序耦合法
首先進行熱分析,然后將熱分析的結果導入到結構分析中,分析思路和ANSYS APDL直接法一致,只是結果的導出導入不需要人為干涉,僅需要一根連線將溫度結果直接導出給結構。Mechanical中的連線化分析比APDL中設置簡單,更容易使用,分析系統以如下圖所示:
Imported Load結果導入項會在Mechanical界面中的分析樹中顯示,不管網格一致與否,軟件會自動選擇合適的插值方法,將熱分析結果插值到結構模型中。并且插值后得到的溫度云圖可以在Mechanical圖形界面顯示,如下圖所示:
軟件支持穩態和瞬態熱應力分析,可以將瞬態分析的溫度結果導出給瞬態或者穩態的結構分析,進行瞬態或者穩態熱應力分析。用戶可以根據自己需求方便進行分析系統的設置。
5 熱應力分析小結通過上述介紹,ANSYS的APDL以及Mechanical界面都支持結構的熱應力分析,并且ANSYS Mechanical界面更友好,分析流程簡單,容易上手,建議新用戶在進行熱應力分析時,首選ANSYS Mechanical并且選用順序耦合法進行分析。
相關標簽搜索：【應用】熱應力耦合場分析 Ansys有限元培訓 Ansys workbench培訓 ansys視頻教程 ansys workbench教程 ansys APDL經典教程 ansys資料下載 ansys技術咨詢 ansys基礎知識 ansys代做 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Abaqus培訓
