资源描述
单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,By Xiaojun Wang 2009,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,By,Xiaojun Wang,2009,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,By,Xiaojun Wang,2009,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,By,Xiaojun Wang,2009,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,By,Xiaojun Wang,2009,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,By,Xiaojun Wang,2009,本幻灯片资料仅供参考，不能作为科学依据，如有不当之处，请参考专业资料。,ANSYS,多物理耦合场有限元分析,王晓军,航空科学与工程学院固体力学研究所,第1页,ANSYS,多物理耦合场有限元分析,结构,-,热,耦合分析,流体,-,固体,耦合分析,第2页,ANSYS,中经典物理量(国际单位制,),温度,热流量,热传导率,密度,比热,对流换热系数,热流,温度梯度,内部热生成,Degrees C(or K),Watts,Watts/(meter.degree C),kilogram/(meter,3,),(Watt.sec)/(kilogram.degree C),Watt/(meter,2,.degree C),Watt/(meter,2,),degree C/meter,Watt/(meter,3,),ANSYS,热分析,第3页,热传递类型,热传递有三种基本类型:,传导,-,两个良好接触物体之间或一个物体内部不一样部分之间因为温度梯度引发能量交换。,对流,-在物体和周围流体之间发生热交换。,辐射,-一个物体或两个物体之间经过电磁波进行能量交换。,在绝大多数情况下，分析热传导问题都带有对流和/或辐射边界条件。,ANSYS,热分析,第4页,传导引发热通量流由传导傅立叶定律决定：,负号表示热量沿梯度反向流动,(,比如,热量从热部分流向冷部分,).,传导,T,n,q*,dT,dn,ANSYS,热分析,第5页,对流,对流引发热通量由冷却牛顿定律得出,:,对流普通作为面边界条件施加,T,s,T,B,ANSYS,热分析,第6页,热力学第一定律,能量守恒,要求系统能量改变与系统边界处传递热和功数值相等。,能量守恒在一个微小时间增量下能够表示为方程形式,将其应用到一个微元体上，就能够得到热传导控制微分方程。,ANSYS,热分析,第7页,单元类型,下表显示通常使用热单元类型。,节点自由度是：,TEMP。,惯用热单元类型,材料特征,最少需要,Kxx,稳态分析热传导系数。,假如是瞬态分析，则需要比热(,C)。,优先设置为,“,thermal,”,（,热分析），在,GUI,方式中只显示热材料特征。,实常数,主要用于壳和线单元。,热分析有限元模型,ANSYS,热分析,第8页,稳态热传递,假如热量流动不随时间改变话，热传递就称为是稳态。,因为热量流动不随时间改变,系统温度和热载荷也都不随时间改变。,由热力学第一定律，稳态热平衡能够表示为:,输入能量,输出能量=0,ANSYS,热分析,第9页,稳态热传递控制方程,对于稳态热传递，表示热平衡微分方程为:,对应节点处有限元平衡方程为,:,ANSYS,热分析,第10页,热载荷和边界条件类型,温度,自由度约束，将确定温度施加到模型特定区域。,均匀温度,能够施加到没有温度约束全部节点上。能够在稳态或瞬态分析第一个子步对全部节点施加初始温度而非约束。它也能够在非线性分析中用于预计随温度改变材料特征初值。,热流率,是集中节点载荷。正热流率表示热量流入模型。热流率一样能够施加在关键点上。此载荷通惯用于不能施加对流和热通量情况下。施加该载荷到热传导率相差很大区域上时应注意。,ANSYS,热分析,第11页,热载荷和边界条件类型,对流,施加在模型外表面上面载荷，模拟模型表面与周围流体之间热量交换。,热通量(热流密度),一样是面载荷。当经过面热流率已知情况下使用。正热流密度值表示热量流入模型。,热生成率,作为体载荷施加，代表体内生成热，单位是单位体积内热流率。,ANSYS,热分析,第12页,热载荷和边界条件类型,ANSYS,热载荷分为四大类:,1.,DOF,约束-指定,DOF(,温度)数值,2.集中载荷-施加在点上集中载荷(热流),3.面载荷-在面上分布载荷(对流、热流密度),4.体载荷-体积或场载荷（热生成）,ANSYS,热分析,第13页,热载荷和边界条件注意事项,在,ANSYS,中,没有施加载荷边界作为完全,绝热,处理。,经过施加绝热边界条件（缺省条件）得到,对称,边界条件。,假如模型某一区域温度已知，就能够固定为该数值。,反作用热流率只在固定了温度自由度时才含有。,热载荷和边界条件类型,ANSYS,热分析,第14页,何为瞬态分析?,因为受随时间改变载荷和边界条件,假如需要知道系统随时间响应，就需要进行,瞬态分析,。,热能存放效应在稳态分析中忽略，在此要考虑进去。时间，在稳态分析中只用于计数，现在有了确定物理含义。,包括到相变分析总是瞬态分析。,时变载荷,时变响应,ANSYS,热分析,第15页,除了导热系数,(,k),还要定义,密度,(,r,),和,比热,(,c),。,稳态分析和瞬态分析对显著区分在于,加载和求解,过程。,*,MASS71,热质量单元比较特殊，它能够存贮热能单不能传导热能。所以，本单元不需要热传导系数。,瞬态分析前处理考虑原因,ANSYS,热分析,第16页,控制方程,回想线性系统热分析控制方程矩阵形式。热存放项计入将静态系统转变为瞬态系统:,在瞬态分析中，载荷随,时间,改变.,.或,对于非线性瞬态分析,时间,和,温度,:,热存放项=(比热矩阵),x(,时间对温度微分),ANSYS,热分析,第17页,选择合理时间步很主要，它影响求解精度和收敛性。,假如时间步长,太小,对于有中间节点单元会形成不切实际振荡，造成温度结果不真实。,时间步大小提议,T,t,D,t,假如时间步长,太大,就不能得到足够温度梯度。,一个方法是先指定一个相对较保守初始时间步长，然后使用自动时间步长按需要增加时间步。下面说明使用自动时间步长大致预计初始时间步长方法。,ANSYS,热分析,第18页,在瞬态热分析中大致预计初始时间步长，能够使用,Biot,和,Fourier,数。,Biot,数,是无量纲对流和传导热阻比率,:,其中,D,x,是名义单元宽度,h,是平均对流换热系数，,K,是平均导热系数。,Fourier,数,是无量纲时间,(,D,t/t,),对于宽度为,D,x,单元它量化了热传导与热存放相对比率,:,其中,r,和,c,是平均密度和比热,。,时间步大小说明(续),ANSYS,热分析,第19页,假如,Bi 1,:,时间步长能够用,Fourier,和,Biot,数乘积预测:,求解,D,t,得到:,(,Again,where 0.1,b,0.5),时间步长预测精度随单元宽度取值，,材料特征,平均方法和百分比因子,b,而改变。,时间步大小说明(续),ANSYS,热分析,第20页,进行瞬态分析,ANSYS,缺省情况下是稳态分析。使用以下求解菜单指定要进行瞬态分析,:,“,FULL”,是瞬态热分析唯一能够使用选项。,7.用户要输入求解选项，并不是只对热分析有效,(,如求解器，,N-R,选项等),1,4,3,2,5,6,ANSYS,热分析,第21页,初始条件,初始条件,必须对模型每个温度自由度定义，使得时间积分过程得以开始。,施加在有温度约束节点上初始条件被忽略。,依据初始温度域性质，初始条件能够用以下方法之一指定,:,注,:假如没有指定初始温度，初始,DOF,数值为0。,ANSYS,热分析,第22页,均匀初始温度,假如整个模型初始温度为均匀且非0，使用以下菜单指定,:,1,2,3,4,ANSYS,热分析,第23页,非均匀初始温度,假如模型初始温度分布,已知,但,不均匀,，,使用这些菜单将初始条件施加在特定节点上,:,4.用图形选取或输入点号方法确定要建立初始温度节点。,5.,单击,OK.,注,:当手动或借助于输入文件输入,IC,命令时，能够使用节点组元名来区分节点。,1,2,3,5,4,ANSYS,热分析,第24页,非均匀初始温度(续),注,:没有定义,DOF,初始温度节点其初始温度缺省为,TUNIF,命令指定均匀数值。,6.选择,DOF,标识,“,TEMP”。,7.,指定初始温度数值。,8.,完成后单击,OK。,单击,APPLY,重复操作，将初始温度指定到其它节点上。,6,7,8,ANSYS,热分析,第25页,由稳态分析得到初始温度,(,续),当模型中初始温度分布是,不均匀,且,未知,，单载荷步稳态热分析能够用来确定瞬态分析前初始温度。要这么做，按照以下步骤,:,1.,稳态第一载荷步,:,进入求解器，使用稳态分析类型。,施加稳态初始载荷和边界条件,。,为了方便，指定一个很小结束时间,(,如1,E-3,秒)。防止使用非常小时间数值,(1,E-10),因为可能形成数值错误。,指定其它所需控制或设置,(,如非线性控制)。,求解当前载荷步。,ANSYS,热分析,第26页,施加瞬态分析控制和设置。,求解之前,打开时间积分,:,求解当前瞬态载荷步。,求解后续载荷步。时间积分效果保持打开直到在后面载荷步中关闭为止。,由稳态分析得到初始温度,(,续),2.,后续载荷步为瞬态,:,在第二个载荷步中，依据第一个载荷步施加载荷和边界条件。记住删除第一个载荷步中多出载荷。,1,2,3,4,ANSYS,热分析,第27页,打开/关闭时间积分效果,象刚才说明那样,稳态,分析能够快速变为,瞬态,分析，只要简单在后续载荷步中将时间积分效果,打开,。,一样，,瞬态,分析能够变成,稳态,分析，只要简单在后续载荷步中将时间积分效果,关闭,。,结论,:从求解方法来说，瞬态分析和稳态分析差异就在于时间积分。,ANTYPE,TRANS+TIMINT,OFF,ANTYPE,STATIC,ANTYPE,STATIC+TIMINT,ON,ANTYPE,TRANS,ANSYS,热分析,第28页,另外时间积分例子,在本例中，不是在分析,开始,关闭时间积分效果来建立初始条件，而是在分析,结束,关闭时间积分来,“,加速,”,瞬态。,通常，分析目标将将瞬态热现象中最严重温度梯度定量。这些梯度通常在瞬态初始阶段发生,并在系统进入稳态时随时间衰减。,当系统响应稳定后，后面结果就没有意义了，分析能够简单结束或假如稳态温度场也需要得到，就在最终载荷步关闭时间积分效果,。,注意改变到稳态边界时突变。最终一个载荷步终止时间能够是任意,但必须比前面瞬态载荷步时间数值要大。,ANSYS,热分析,第29页,打开控制,打开控制,用于在当瞬态热分析靠近稳态时让自动时间步“打开”(增加)时间步长。在缺省情况下，假如连续3个子步间最大温度改变都小于,0.1,个温度单位，那么时间步长将快速增加以提升效率。这个控制只能在求解控制中实现。用这些菜单改变设置,:,3.指定温度。,4.,指定门槛值。,5.,指定子步数。,6.,单击,OK。,1,2,3,4,5,6,ANSYS,热分析,第30页,阶跃还是渐变?,要准确模拟系统瞬态响应，载荷必须以正确幅值，在正确时间和正确速率施加。,回想一下载荷在载荷步中相对时间能够是,阶跃,或,渐变,:,ANSYS,缺省是渐变加载。渐变加载能够提升瞬态求解适应性，假如有非线性时能够提升收敛性。参考第4章学习,ANSYS,怎样处理渐变载荷。,ANSYS,热分析,第31页,阶跃还是渐变?(续),要模拟阶跃载荷，将载荷在很短时间内渐变施加到全值，然后在后续载荷步中保持不变。,问题,:对茶壶进行瞬态热分析。在底上施加热流模拟炉子加热。热流载荷应该是阶跃还是渐变假如,.,1.,茶壶在一个刚燃着炉子上,2.,茶壶载一个已经很热炉子上,ANSYS,热分析,第32页,什么是耦合场分析?,耦合场,分析考虑两个或两个以上物理场之间相互作用。这种分析包含直接和间接耦合分析。,当进行,直接耦合,时,多个物理场（如热电）自由度同时进行计算。这称为,直接方法,，,适合用于多个物理场各自响应相互依赖情况。因为平衡状态要满足多个准则才能取得，直接耦合分析往往是非线性。每个结点上自由度越多，矩阵方程就越庞大，花费机时也越多。,下表列出了,ANSYS,中能够用作直接耦合分析单元类型。不是全部单元都有温度自由度。,结构,-,热耦合分析,第33页,什么是耦合场分析?(续),间接耦合,分析是以特定次序求解单个物理场模型。前一个分析结果作为后续分析边界条件施加。有时也称之为,序贯耦合分析。,本分析方法主要用于物理场之间单向耦合关系。比如，一个场响应（如热）将显著影响到另一个物理场（如结构）响应，反之不成立。本方法普通来说比直接耦合方法效率高，而且不需要特殊单元类型。,本章中我们只讨论包括热耦合现象。请注意并非全部,ANSYS,产品都支持全部耦合单元类型和分析选项。比如，,ANSYS/Thermal,产品只提供热电直接耦合。详细说明参见,Coupled-Field Analysis Guide。,结构,-,热耦合分析,第34页,直接方法-例题,在第七章对流部分中，介绍了,FLUID66,和,FLUID116,热流单元。该单元含有热和压力自由度，所以是直接耦合场单元。,ANSYS,有一些其它耦合单元，含有结构，热，电，磁等自由度。绝大多数实际问题只包括到少数几个物理场耦合。这里提供了几个包括到热现象直接耦合场分析。,热结构,:热轧铝板,铝板温度将影响材料弹塑性特征和热应变。,机械和热载荷使得板产生大应变。新热分析必须计入形状改变。,结构,-,热耦合分析,第35页,直接方法-例题(续),热-电磁场,:钢芯热传递,传导线圈在钢芯周围产生电磁场。该区域 交变电流在钢芯内产生焦耳热。,钢芯在热作用下产生高温，因为温度改变梯度很大，所以必须考虑钢芯材料特征随温度改变。而且，磁场改变强度和方向都会改变。,象这种电磁场谐波分析，只要得出磁向量势,A，,就能计算出电流密度向量,J。,它用来计算下式中焦耳热:,结构,-,热耦合分析,第36页,直接方法-前处理,在直接耦合场分析前处理中要记住以下方面:,使用耦合场单元自由度序列应该符合需要耦合场要求。,模型中不需要耦合部分应使用普通单元,。,仔细研究每种单元类型单元选项，材料特征合实常数。,耦合场单元相对来说有更多限制,(如,PLANE13,不允许热质量交换而P,LANE55,单元能够,SOLID5,不允许塑性和蠕变而,SOLID45,能够,)。,不一样场之间使用统一单位制,。比如，在热-电分析中，假如电瓦单位使用瓦(,焦耳/秒)，热单位就不能使用,Btu/s。,因为需要迭代计算，热耦合场单元不能使用子结构。,结构,-,热耦合分析,第37页,直接方法-加载,求解,后处理,在直接方法加载，求解，后处理中注意以下方面：,假如对带有温度自由度耦合场单元选择,瞬态,分析类型话：,瞬态温度效果能够在全部耦合场单元中使用。,瞬态电效果(电容，电感)不能包含在热-电分析中(除非,只是,TEMP,和,VOLT,自由度,被激活,)。,带有磁向量势自由度耦合场单元能够用来对瞬态磁场问题建模(如,SOLID62).,带有标量势自由度单元只能模拟静态现象(,SOLID5)。,学习每种单元自由度和允许载荷。耦合场单元允许相同位置(节点,单元面等,)施加各种类型载荷(,D,F,SF,BF)。,耦合场分析能够使高度非线性。,考虑使用,Predictor,和,Line Search,功效改进收敛性,。,考虑使用,Multi-Plots,功效将不一样场结果同时输出到多个窗口中。,结构,-,热耦合分析,第38页,间接方法,间接方法,用于求解间接耦合场问题。它需要连续进行两个单场分析(而不是同时)，第一个分析结果作为第二种分析载荷。如:,热 结构,热 结构,许多问题需要,热到结构,耦合(温度引发热膨胀),但反之不可,结构到热,耦合是能够忽略(小应变将不对初始热分析结果产生影响),在实用问题中，这种方法比直接耦合要方便一些，因为分析使用是单场单元，不用进行屡次迭代计算。,结构,-,热耦合分析,第39页,间接方法-例题,叶片和盘中温度会产生热膨胀应变。这会显著影响应力状态。,因为应变较小，而且接触区域是平面对平面，所以温度解不用更新。,Disk Sector,Airfoil,Platform,Root,下面是相关热现象一些能够使用间接耦合方法进行分析例子:,热-结构,:,透平机叶片部件分析,这种分析又叫做热应力分析。,这合非常经典分析类型将在后面有愈加详细描述。,结构,-,热耦合分析,第40页,间接方法-例题(续),热-电,:,嵌于玻璃盘电热器,嵌于玻璃盘电热器中有电流。这使得电线中有焦耳热产生。,因为热效应，电线和盘中温度增加。因为系统温度改变不大，热引发电阻改变被忽略。所以，电流也是不变。,当电压,V,求解后，能够用于下式中求解焦耳热:,+,V-,结构,-,热耦合分析,第41页,间接方法-过程,在,ANSYS,中由两个基本方法进行序贯耦合场分析。它们主要区分在于每个场特征是怎样表示:,物理环境方法,-,单独,数据库文件在全部场中使用。用多个物理环境文件来表示每个场特征。,手工方法,-,多个,数据库被建立和存放，每次研究一个场。每个场数据都存放在数据库中。,在下面我们将对每种方法和其优点加以讨论。,结构,-,热耦合分析,第42页,物理环境,为了自动进行序贯耦合场分析，,ANSYS,允许用户在一个模型中定义多个,物理环境,。一个物理环境代表模型在一个场中行为特征。物理环境文件是,ASCII,码文件，包含以下内容:,单元类型和选项,节点和单元坐标系,耦合和约束方程,分析和载荷步选项,载荷和边界条件,GUI,界面和标题,在建立带有物理环境模型时，要选择相容于全部物理场单元类型。比如，8节点热块单元与8节点结构块单元相容，而不与10节点结构单元相容:,yes,no,在使用降阶单元形状时要注意。含有相同基本形状单元不一定支持该种单元降阶模式。,结构,-,热耦合分析,第43页,物理环境(续),除了相同单元阶次,(,形函数阶次)和形状，绝大多数单元需要相同单元选项,(,如平面2-D单元轴对称,),以满足相容性。不过，许多载荷类型不需要环境之间完全相容。比如，8节点热体单元能够用来给20节点结构块单元提供温度。许多单元需要特殊单项选择项设置来与不一样阶次单元相容。,单元属性号码,(MAT,REAL,TYPE),在环境之间号码必须连续。,对于在某种特殊物理环境中不参加分析区域使用空单元类型,(type#zero),来划分,(,如，在电磁场分析中需要对物体周围单空气建模而热和结构分析中不用,)。,结构,-,热耦合分析,第44页,同时，确认网格划分密度在全部物理环境中都能得到能够接收结果。如：,物理环境方法允许载一个模型中定义最多9种物理环境。这种方法当考虑多于两个场相互作用时或不能在每个环境中使用不一样数据库文件情况下比较适用。要得到关于间接问题物理环境方法，能够参考耦合场分析指南第二章。,物理环境(续),这种划分方法在热分析中能够得到满意温度分布，但,.,.这么网格密度在结构分析中才能得到准确结果。,结构,-,热耦合分析,第45页,热-应力分析,在本章后面部分，我们考虑一个最常见间接耦合分析；,热-应力分析。,热-应力分析是间接问题，因为热分析得到温度对结构分析应变和应力有显著影响，但结构响应对热分析结果没有很大影响。,因为热-应力分析只包括到两个场之间连续作用，我们能够使用手工方法,(MM),进行次序耦合而无须使用相对复杂物理环境方法,(PEM)。,这里是手工方法几个优点和缺点,:,优点,:,在建立热和结构模型时有较少限制。比如，属性号码和网格划分在热和结构中能够不一样。PEM需要全部模型都是一致。,MM,方法是简单而且适应性强，ANSYS和用户都对它进行了多年检验。,缺点,:,用户必须建立热和结构数据库和结果文件。这与单独模型PEM方法对比，需要占用较多存放空间。,MM,假如再考虑其它场时会比较麻烦。,结构,-,热耦合分析,第46页,基本过程,在热-应力分析中，由温度求解得到,节点温度,将在结构分析中用作,体载荷。,当在次序求解使用手工方法时将热节点温度施加到结构单元上有,两种,选项。选择标准在于结构模型和热模型是否有相同网格划分,:,假如热和结构单元有,相同,节点号码,.,1,热模型自动转换为结构模型，使用,ETCHG,命令,(,见对应单元表格)。,温度能够直接从热分析结果文件读出并使用,LDREAD,命令施加到结构模型上。,结构,-,热耦合分析,第47页,基本过程(续),假如热和结构模型网格有,不一样,节点号码,.,结构单元与热模型网格划分不一样，为了得到更加好结构结果。,结构体载荷是从热分析中映射过来。这需要一个较复杂过程，使用,BFINT,命令对热结果插值,(,不能使用物理环境,)。,下面对比一下使用相同或不一样网格区分。,2,结构,-,热耦合分析,第48页,热-应力分析流程图,相同网格?,5,A.,将热模型转换为结构模型(,ETCHG),5,a.,去除热网格并建立结构网格,Yes(Option 1),No(Option 2),5,B.,读入热载荷(,LDREAD),5,b.,写节点文件,(NWRITE),并存放结构文件,5,c.,读入热模型并进行温度插值,(BFINT),5,d.,读入结构模型并读入体载荷文件,(/INPUT),6.指定分析类型，分析选项和载荷步选项,7.指定参考温度并施加其它结构载荷,8.存放并求解,9.后处理,结束,1.建立，加载，求解热模型,2.后处理确定要传到结构温度,3.设置,GUI,过滤，改变工作文件名并删除热载荷，,CEs,CPs,4.定义结构材料特征,开始,结构,-,热耦合分析,第49页,流程细节,1.建立热模型并进行瞬态或稳态热分析，得到节点上温度。,2.,查看热结果并确定大温度梯度时间点,(,或载荷步/子步,)。,3a.,将,GUI,过滤设置为,“Structural”,和“,Thermal”。,3b.,改变工作文件名。,2,1,3,b,下面是热-应力分析每步细节。,3,a,结构,-,热耦合分析,第50页,流程细节(续),3,c.,删除全部热载荷,3d.,删除耦合序列和约束方程,3,d,3,c,结构,-,热耦合分析,第51页,流程细节(续),4.定义结构材料特征，包含,热膨胀系数,(,ALPX)。,4,非线性材料特征如塑性和蠕变,在数据表格下定义,结构,-,热耦合分析,第52页,流程细节(续),下面两页,(,步骤 5,A,和,5,B),假设热网格在结构中一样使用,(,选项 1).,5A.,改变单元类型，从热到结构,(ETCHG,命令):,检验实常数和单元选项是否正确。,5,A,Resets options,Retains options,结构,-,热耦合分析,第53页,流程细节(续),5,B.,从热分析中施加温度体载荷,(LDREAD,命令):,9.,Solve current load step,5,B,确定温度结,果文件,确定结果,时间和子步,结构,-,热耦合分析,第54页,流程细节(续),下面六页,(,步骤 5,a-5d),假设热网格不在结构模型中使用,(,选项2)。,5,a.,去除热网格.,删除热单元类型并定义结构单元类型,.,改变网格控制并划分结构模型。,结构,-,热耦合分析,第55页,流程细节(续),5,b.,选择温度体载荷全部节点并写入节点文件。,5,b,指定节点文件名,结构,-,热耦合分析,第56页,流程细节(续),5,c.,存放结构模型，将工作文件名改为热工作文件名，读入热数据库,.,进入通用后处理器.,结构,-,热耦合分析,第57页,流程细节(续),读入需要结果序列，并.,进行体载荷插值:,节点文件名,写出载荷文,件名,用于写多个载荷文件,使用体-体,结构,-,热耦合分析,第58页,有些情况下热网格和结构网格并不完全一致。这时，,ANSYS,对超出热模型结构模型节点进行体载荷,插值,。,缺省判断准则是看插值结构节点到热单元边界距离是否小于单元边长,0.5,倍。一个在,5.4,版,没有写入手册特征允许用户控制该公差数值：,本命令没有,GUI,路径。所以，命令只能在输入窗口中手工输入。,BFINT,Fname1,Ext1,Dir1,Fname2,Ext2,Dir2,KPOS,Clab,KSHS,使用 BFINT插值,EXTOL,比如,:假如结构网格包含在热模型中不存在圆角时，许多节点将落在热模型外面。假如圆角足够,大,而且热模型足够,细致,，圆角区域载荷将,不能,写出。,Using the default tolerance,these two nodes would not be assigned a load,热网格,结构网格边界,结构,-,热耦合分析,第59页,流程细节(续),5,d.,退出通用后处理器，将工作文件名改为结构工作文件名，读入结构数据库,.,进入求解器.,读入载荷文件施加温度载荷,:,结构,-,热耦合分析,第60页,流程细节(续),6,a.,定义结构分析类型(缺省为静态),6b.,指定分析选项(如求解器选项),6c.,指定载荷步选项(如，输出控制),6,a,6,b,6,c,结构,-,热耦合分析,第61页,流程细节(续),7,a.,设置求解热膨胀时自由应变参考温度,(TREF):,7,结构,-,热耦合分析,第62页,流程细节(续),7,b.,施加其它结构载荷。,8.,存放模型并求解当前载荷步。,7,b,9,8,9.结果后处理:,结构,-,热耦合分析,第63页,ANSYS,流,-,固耦合分析,第64页,ANSYS,流,-,固耦合分析,第65页,ANSYS,流,-,固耦合分析,第66页,ANSYS,流,-,固耦合分析,第67页,ANSYS,流,-,固耦合分析,第68页,ANSYS,流,-,固耦合分析,第69页,ANSYS,流,-,固耦合分析,第70页,问题概述,在这个教程中，利用一个简单摆动板例题来解释怎样建立以及模拟流体结构相互作用问题。其中流体模拟在,ANSYS CFX,求解器中运行，而用,ANSYS,软件包中,FEA,来模拟固体问题。模拟流固相互作用整个过程中需要两个求解器耦合运行，,ANSYS,MultiField,求解器提供了耦合求解平台。,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第71页,模拟中固体问题描述,开始模拟,运行,ANSYS Workbench,点击,Empty Project,将出现,Project,界面，在此界面中有一个一个未存放,Project,选择,File,Save,把目录设在你工作目录，文件名设为,OscillatingPlate,点击,Save,在,Project,界面左边工作面板,Link to Geometry File,下，点击,Browse,，打开所提供,OscillatingPlate.agdb,文件,确认,OscillatingPlate.agdb,被选（高亮显示），点击,New simulation,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第72页,模拟中固体问题描述,建立固体材料,当模拟界面展开，在模拟界面左边目录树中展开,Geometry,选择,Solid,，在底下,Details,窗口中，选择,Material,紧连材料名,Structural Steel,，用鼠标选择,New Material,当,Engineering Data,窗口出现，鼠标右击,New Material,，并重命名为,Plate,设置,Youngs Modulus,（杨氏模量）为,2.5e06 Pa,，,Poissons Ratio,（泊松比）为,0.35,，,Density,（密度）为,2550kg m-3,点击位于,Workbench,界面上方,Simulation,以回到模拟界面,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第73页,模拟中固体问题描述,基本分析设置,从工具栏选择,New AnalysisTransient Stress,选择,Analysis Settings,，在,Details,窗口，设置,Auto Time Stepping,为,off,设置,Time Step,为,0.1 s,在整个窗口底边靠右,Tabular Data,面板，设置,End Time,为,5.0,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第74页,模拟中固体问题描述,加入载荷,固定支撑：为确保薄板底部固定于平板，需要设置固定支撑条件。,右击目录树中,Transient Stress,，在快捷菜单中选择,Insert Fixed Support,用旋转键 旋转几何模型，方便能够看见模型底面（,low-y,），然后选择 并点击底面（,low-y,）,在,Details,窗口，选择,Geometry,，然后点击,No Selection,使,Apply,按钮出现（假如需要）。点击,Apply,以设置固支。,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第75页,流固界面,右击目录树中,Transient Stress,，在快捷菜单中选择,Insert,Fluid Solid Interface,用旋转键 旋转几何模型，方便能够方便经过 钮在流固界面上选择三个面（,low-x,high-y and high-x faces,），注意这么会自动生成,1,个流固界面。,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第76页,压力加载,右击目录树中,Transient Stress,，在快捷菜单中选择,Insert,Pressure,在,Geometry,中选择,low-x,面,在,Details,窗口，选择,Magnitude,，用出现箭头选择,Tabular,（,Time,）,在整个视窗右底边,Tabular Data,面板，在表中相对应于时间为,0 s,设置压力为,100 pa,表中需要继续输入两排参数，,100 pa,对应于,0.499 s,，,0 pa,对应于,0.5 s,模拟中固体问题描述,加入载荷,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第77页,模拟中固体问题描述,统计,ANSYS,输入文件,现在，模拟设置已经完成。在,Simulation,中,ANSYS MultiField,并不运行，所以用求解器按钮并不能得到结果,然而，在目录树中高亮,Solution,中，选择,Tools,Write ANSYS Input File,，把结果写进文件,OscillatingPlate.inp,网格是自动生成，假如想检验，能够在目录树中选择,Mesh,保留,Simulation,数据，返回,Oscillating Plate Project,面板，存放,Project,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第78页,创建一个新模拟：,开始,ANSYS CFX-Pre.,选择,File,New Simulation,.,选择,General,并点击,OK,.,选择,File,Save Simulation As,.,在,File name,栏,敲入,OscillatingPlate.,点击,Save,.,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第79页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,输入网格,右击,Mesh,并旋转,Import Mesh,.,选择提供网格文件,OscillatingPlate.gtm,.,点击,Open,.,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第80页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,设置仿真类型：,选择,Insert,Simulation Type,.,应用以下设置：,点击,OK,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第81页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,建立流体物质,1.,选择,Insert,Material,.,2.,把新物质名定义为,Fluid.,3.,应用以下设置,4.,点击,OK,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第82页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,创建域：为了使,ANSYS Solver,能够把网格变形信息传递给,CFX Solver,，在,CFX,中必须激活网格移动。,重命名,Default Domain,为,OscillatingPlate,，并打开进行编辑,应用以下设置,点击,OK,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第83页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,创建边界条件,流体外部边界,创建一个新边界条件，命名为,Interface.,应用以下设置,点击,OK,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第84页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,对称边界条件,创建一个新边界条件，命名为,Sym1.,应用以下设置,点击,OK,创建一个新边界条件，命名为,Sym2,应用以下设置,点击,OK,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第85页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,设置初始值,点击,Global Initialization,应用以下设置,点击,OK,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第86页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,设置求解器控制,点击,Solver Control,应用以下设置,点击,OK,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第87页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,设置输出控制,点击,Output Control,点击,Trn Results,键,创建一个瞬态结果，用默认文件名,对,Transient Results 1,应用以下设置,点击,Monitor,键,选择,Monitor Options,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第88页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,在,Monitor Points and Expressions,下,点击,Add new item,，,采取默认名字,设置,Option,为,Cartesian Coordinates,设置,Output Variables List,为,Total Mesh Displacement X,设置,Cartesian Coordinates,为,0,1,0,点击,OK,ANSYS,流,-,固耦合分析示例,第89页,设置流体问题、在,ANSYS CFX-Pre,中设置,ANSYS MultiField,输出求解器文件,(.def),点击,Write Solver File,假如,Physics Validation Summary,对话框出现，点击,Yes,以继续,应用以下设置,确选择是,Start Solver Manager,，点击,Save,假如发觉文件已经存在，点击,Overw
展开阅读全文
浙ICP备2021020529号-1 | 浙B2-20240490 
