ANSYS基础教程：热应力分析

　　A. 概述

　　热应力的产生

　　·结构受热或变冷时，由于热胀冷缩产生变形.

　　·若变形受到某些限制—如位移受到约束或施加相反的力—则在结构中 产生热应力.

　　·产生热应力的另一个原因是由于材料不同而形成的不均匀变形(如, 不同的热膨胀系数).

　　

　　约束产生热应力

　　

　　材料不同产生热应力

　　·在ANSYS中解决热-应力问题的方法有两种。两种方法各有长处。

　　-顺序耦合

　　-传统方法使用两种单元类型，将热分析的结果做为结构温度载荷

　　+当运行很多热瞬态时间点但结构时间点很少时效率较高

　　+可以很容易地用输入文件实现自动处理

　　-直接

　　+新方法使用一种单元类型就能求解两种物理问题

　　+热问题和结构现象之间可实现真正的耦合

　　-在某些分析中可能耗费过多的时间

　　B. 顺序耦合

　　顺序耦合涉及两种分析:

　　1.首先做一个稳态 (或瞬态) 热分析

　　·建立热单元模型

　　·施加热载荷

　　·求解并查看结果

　　

　　2.然后做静力结构分析

　　·把单元类型转换成结构单元.

　　·定义包括热膨胀系数在内的结构材料属性.

　　·施加包括从热分析得到的温度在内的结构载荷

　　·求解并查看结果

　　1)热分析

　　-该过程在第6章中描述.

　　2)结构分析

　　a)返回到 PREP7，把热单元类型转换成结构类型.

　　·Preprocessor > Element Type > Switch Elem Type

　　·或用 ETCHG 命令

　　注意: 转换单元类型时，将把所有的单元选项重新设置回它们原来的缺省设置. 例如, 若用户在热分析中使用的是2-D轴对称单元，则需要在转换后重新指定轴对称选项. 因此,一定要确保设置正确的单元选项 :

　　·Preprocessor > Element Type > Add/Edit/Delete > [Options]

　　·或使用 ETLIST 和 KEYOPT 命令

　　b)定义结构的材料属性 (EX,等.), 包括热膨胀系数 (ALPX). (若使用的是ANSYS提供的材料库，材料 的热属性和结构属性均已定义，该步可以省略.)

　　注意: 如果没有定义 ALPX或将该项设置为0，则不能计算热应变. 用户可以使用该项技巧 “关闭” 温度的影响!

　　c)指定静力分析类型. 该步仅在热分析类型为瞬态时使用

　　·Solution > -Analysis Type- New Analysis

　　·或使用 ANTYPE 命令

　　d)施加结构载荷并把温度作为载荷的一部分.

　　·Solution > -Loads- Apply > -Structural- Temperature > From Therm Analy

　　·或使用 LDREAD 命令

　　e)求解.

　　f)查看应力结果.

　　

　　C. 直接耦合

　　·直接耦合 通常只涉及用 耦合单元 的分析，该单元包括必要的自由度.

　　1.首先用以下耦合单元之一建立模型并划分网格

　　·PLANE13 (板实体单元)

　　·SOLID5 (六面体单元)

　　·SOLID98 (四面体单元tetrahedron).

　　2.在模型上施加结构载荷、热载荷及约束.

　　3.求解并查看热分析结果和结构分析结果.

　　

　　顺序耦合 和 直接耦合 的比较

　　·顺序耦合

　　-对不是高度非线性的耦合情况, 顺序方法更有效，更灵活，因为可以相互独立地执行两种分析.

　　-在顺序热-应力分析中，例如，在非线性瞬态热分析之后可以紧接着进行线性静力分析. 然后可以 把热分析中任意荷载步或时间点的节点温度作为应力分析的载荷.

　　·直接耦合

　　-对耦合场的相互作用是高度非线性的情况，直接方法优先，并且该方法在用耦合公式单一求解时是最好的

　　-直接耦合的例子包括压电分析, 有流体流动的共轭传热问题及电路电磁分析

(本文不涉密)
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