ANSYS热分析教程及命令流算例

＝＝＝＝＝【热力耦合分析单元简介】＝＝＝＝＝＝ SOLID5－三维耦合场实体

具有三维磁场、温度场、电场、压电场和结构场之间有限耦合的功能。本单元由8个节点定义，每个节点有6个自由度。在静态磁场分析中，可以使用标量势公式（对于简化的RSP，微分的DSP，通用的GSP）。在结构和压电分析中，具有大变形的应力钢化功能。与其相似的耦合场单元有PLANE13、SOLID62和SOLID98。

INFIN9－二维无限边界

用于模拟一个二维无界问题的开放边界。具有两个节点，每个节点上带有磁向量势或温度自由度。所依附的单元类型可以为PLANE13和PLANE53磁单元，或PLANE55和PLANE77和PLANE35热单元。使用磁自由度（ＡＺ）时，分析可以是线性的也可以是非线性的，静态的或动态的。使用热自由度时，只能进行线性稳态分析。

PLANE13－二维耦合场实体

具有二维磁场、温度场、电场和结构场之间有限耦合的功能。由4个节点定义，每个节点可达到4个自由度。具有非线性磁场功能，可用于模拟B－H曲线和永久磁铁去磁曲线。具有大变形和应力钢化功能。当用于纯结构分析时，具有大变形功能，相似的耦合场单元有SOLID5、SOLID98和SOLID62。

LINK31－辐射线单元

用于模拟空间两点间辐射热流率的单轴单元。每个节点有一个自由度。可用于二维（平面或轴对称）或三维的、稳态的或瞬态的热分析问题。

允许形状因子和面积分别乘以温度的经验公式是有效的。发射率可与温度相关。如果包含热辐射单元的模型还需要进行结构分析，辐射单元应当被一个等效的或（空）结构单元所代替。

LINK32－二维传导杆

用于两节点间热传导的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。可用于二维（平面或轴对称）稳态或瞬态的热分析问题。

如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。

LINK33－三维传导杆

用于节点间热传导的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。可用于稳态或瞬态的热分析问题。

如果包含热传导杆单元的模型还需进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替。

LINK34－对流线单元

用于模拟节点间热对流的单轴单元。该单元每个节点只有一个温度自由度。热对流杆单元可用于二维（平面或轴对称）或三维、稳态或瞬态的热分析问题。

如果包含热对流单元的模型还需要进行结构分析，热对流单元可被一个等效（或空）的结构单元所代替。单元的对流换热系数可分为非线性，即对流换热系数是温度或时间的函数。

PLANE35－二维六节点三角形热实体

它是一个与八节点PLANE77单元兼容的三角形单元。适用于形状不规则的模型（例如从不同的CAD/CAM系统产生的模型）划分网格。只有一个温度自由度。 适用于二维的稳态或瞬态热分析。如果包含该单元的模型还需进行结构分析，可被一个等效的结构单元（如PLANE2）所代替。可用作平面单元或轴对称环单元。

INFIN47－三维无限边界

用于模拟无边界场问题的开放边界。其单元形状为四节点四边形或三节点三角形，每个节点可以有磁势或温度自由度。所依附的单元类型可以是SOLID5、SOLID96或SOLID98磁单元，也可以是SOLID70、SOLID90或SOLID87热实体单元。具有磁自由度时，可以进行线性或非线性静态分析。具有热自由度时，只能进行静态分析（线性或非线性）。

PLANE55－二维热实体

可作为一个具有二维热传导能力的平面或轴对称环单元使用。具有四个节点，每个节点只有一个温度自由度。

可用于二维稳态或瞬态热分析问题，并可以补偿由于恒定速度场带来的质量输运热流。如果包含热单元的模型还需进行结构分析，该单元应当被一个等效的结构单元（如PLANE42）所代替。

此单元有一个选项，用来模拟通过多孔介质的非线性稳态流动（渗流）。此时，原有的热参数被解释成相似的流体流动参数。

SHELL57－热壳

三维的具有面内导热能力的单元，具有四个节点，每个节点一个温度自由度。该单元可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题。

如果包含本单元的模型还需要进行结构分析，可被一个等效的结构单元代替（如SHELL63）所代替。如果面内及横向的导热都需要考虑的话，则需要使用实体单元SOLID70或SOLID90。

SOLID70－三维热实体 具有八个节点，每个节点一个温度自由度。该单元可用于三维的稳态或瞬态的热分析问题，并可补偿由于恒定速度场质量输运带来的热流损失。如果包含热实体单元的模型还需进行结构分析，可被一个等效的结构单元（如SOLID45）所代替

此单元有一个选项，用来模拟通过多孔介质的非线性稳态流动。此时，原有的热参数被解释成相似的流体流动参数。例如，温度自由度等效为压力自由度。

MASS71－热质量

点单元，只有一个温度自由度。具有热容但忽略内部热阻的物体，如果其内部无明显的温度梯度，则可使用热质量单元来模拟它以进行瞬态热分析。该单元还有一个功能，即温度与热产生率相关的能力。可用于一维、二维或三维的稳态或瞬态热分析。 在稳态求解中，它只起到温度相关的热源或热的接收器的作用。其它在热分析问题中有特殊用途的单元为COMBIN14和COMBIN40。

如果包含热质量单元的模型还需要进行结构分析，该单元可被一个等效的结构单元所代替（如MASS21）。

PLANE75－轴对称谐分析热实体

可作为具有三维导热能力的轴对称单元使用。有四个节点，每个节点只有一个温度自由度。它是PLANE55单元轴对称型的一般形式，可承受非轴对称载荷。在剪切偏移中描述了各种载荷情况。

该单元可用于二维轴对称的稳态或瞬态热分析问题。其等效结构单元如PLANE25，相似的带中间节点的单元是PLANE78。

PLANE77－二维八节点热实体

是PLANE55的高阶形式，每个节点只有一个温度自由度。八节点单元有协调的温度形函数，尤其适用于描述弯曲的边界。

PLANE78－八节点轴对称谐分析热实体

可作为具有三维导热能力的轴对称单元使用。每个节点只有一个温度自由度。它是PLANE77单元的一般形式，可承受非轴对称载荷。在剪切偏移中描述了各种载荷情况。 八节点单元有协调的温度形函数，尤其适用于描述弯曲的边界。

该单元可用于二维轴对称的稳态或瞬态热分析问题。其等效结构单元如PLANE83。

SOLID87－三维十节点四面体热实体

特别适合于对不规则的模型（例如从不同的CAD/CAM系统产生的模型）划分网格。每个节点只有一个温度自由度。

可用于三维的热稳态或瞬态分析问题，其等效的结构单元如SOLID92。

SOLID90－三维二十节点热实体

三维的八节点热单元SOLID70的高阶形式。二十个节点，每个节点一个温度自由度。二十节点单元有协调的温度形函数，尤其适用于描述弯曲的边界。

适用于三维的稳态或瞬态热分析问题。其等效的结构单元如SOLID95。

INFIN110－二维无限实体

用于模拟一个二维的边界开放的极大场问题，其一个单层用于描述无限体的外部子域。具有二维（平面的和轴对称）磁势能，温度，或静电势能特性。由四或八节点定义，每个节点有单一的自由度。所依附的单元类型可以是PLANE13和PLANE53磁单元，PLANE55、PLANE35和PLANE77热单元，或静电单元121。加上磁势或温度自由度后，分析可以是线性的或非线性的，静态的或动态的。

INFIN111－三维无限实体

用于模拟一个三维的边界开放的极大场问题，其一个单层用于描述无限体的外部子域。具有二维（平面的和轴对称）磁势能，温度，或静电势能特性。由八或二十节点定义，有三维磁标量和向量势能，温度或静电势能特性。每个节点有单一的自由度。封闭的单元类型可以是SOLID96和SOLID97和SOLID98和SOLID5和SOLID62磁单元，SOLID70和SOLID90和SOLID87热单元，或静电单元SOLID122和SOLID123。加上磁势或温度自由度后，分析可以是线性的或非线性的，静态的或动态的。

对这个单元的几何体，节点坐标和坐标系在INFIN111中显示。由八或二十个节点和材料参数定义。必须定义非零的材料参数。

SHELL131－4节点热层壳单元

三维的层壳单元，具有面内和厚度方向的热传导能力。本单元四个节点，每个节点最多可以有32个自由度。本单元适用于三维的稳态或瞬态热分析问题，产生的节点温度可施加于结构壳单元以用于模拟热弯曲。其等效的结构单元如SHELL43、SHELL63、SHELL143或SHELL181。

SHELL132－8节点热层壳单元

三维的层壳单元，具有面内和厚度方向的热传导能力。本单元八个节点，每个节点最多可以有32个自由度。本单元适用于三维的稳态或瞬态热分析问题，产生的节点温度可施加于结构壳单元以用于模拟热弯曲。其等效的结构单元如SHELL91、SHELL93、SHELL99。

【大体积混凝土温度场及温度应力分析命令流】 /filename,Themal

/title,themal_analysis !标题

/PREP7 !前处理

!定义单元类型 ET,1,SOLID70

!设置材料属性

!材料1为混凝土 MP,KXX,1,280.43 MP,C,1,0.976 MP,DENS,1,2450 MAT,1 !材料2为基础土 MP,KXX,2,287.53 MP,C,2,1.45 MP,DENS,2,1670 MAT,2

!输入参数

!输入外界气温表

*DIM,qiwen,TABLE,21,1,1,TIME, , , !外界气温表名为qiwen QIWEN(1,0,1) = 0 QIWEN(1,1,1) = 16.5 QIWEN(2,0,1) = 0.5 QIWEN(2,1,1) = 21.4 QIWEN(3,0,1) = 1 QIWEN(3,1,1) = 18 QIWEN(4,0,1) = 1.5 QIWEN(4,1,1) = 26.2 QIWEN(5,0,1) = 2

QIWEN(5,1,1) = 18.3 QIWEN(6,0,1) = 2.5 QIWEN(6,1,1) = 28.6 QIWEN(7,0,1) = 3 QIWEN(7,1,1) = 15 QIWEN(8,0,1) = 3.5 QIWEN(8,1,1) = 33 QIWEN(9,0,1) = 4 QIWEN(9,1,1) = 16.7 QIWEN(10,0,1) = 4.5 QIWEN(10,1,1) = 29 QIWEN(11,0,1) = 5 QIWEN(11,1,1) = 16.5 QIWEN(12,0,1) = 5.5 QIWEN(12,1,1) = 26 QIWEN(13,0,1) = 6 QIWEN(13,1,1) = 11.6 QIWEN(14,0,1) = 6.5 QIWEN(14,1,1) = 32.6 QIWEN(15,0,1) = 7 QIWEN(15,1,1) = 16 QIWEN(16,0,1) = 7.5 QIWEN(16,1,1) = 34.2 QIWEN(17,0,1) = 8 QIWEN(17,1,1) = 11.6 QIWEN(18,0,1) = 8.5 QIWEN(18,1,1) = 30.8 QIWEN(19,0,1) = 9 QIWEN(19,1,1) = 15.4 QIWEN(20,0,1) = 9.5 QIWEN(20,1,1) = 31 QIWEN(21,0,1) = 10 QIWEN(21,1,1) = 13 !输入热生成率函数

*SET,_FNCNAME,'heats'

*DIM,%_FNCNAME%,TABLE,6,16,1

! Begin of equation: 2450*0.7462*227.2246*0.13*exp(-0.7426*{TIME}) %_FNCNAME%(0,0,1)= 0.0, -999 %_FNCNAME%(2,0,1)= 0.0 %_FNCNAME%(3,0,1)= 0.0 %_FNCNAME%(4,0,1)= 0.0 %_FNCNAME%(5,0,1)= 0.0 %_FNCNAME%(6,0,1)= 0.0

%_FNCNAME%(0,1,1)= 1.0, -1, 0, 2450, 0, 0, 0

%_FNCNAME%(0,2,1)= 0.0, -2, 0, 0.7462, 0, 0, -1 %_FNCNAME%(0,3,1)= 1, -3, 0, 1, -1, 3, -2

%_FNCNAME%(0,4,1)= 0.0, -1, 0, 227.2246, 0, 0, -3 %_FNCNAME%(0,5,1)= 0.0, -2, 0, 1, -3, 3, -1 %_FNCNAME%(0,6,1)= 0.0, -1, 0, 0.13, 0, 0, -2 %_FNCNAME%(0,7,1)= 0.0, -3, 0, 1, -2, 3, -1 %_FNCNAME%(0,8,1)= 0.0, -1, 0, 0, 0, 0, 0 %_FNCNAME%(0,9,1)= 0.0, -2, 0, 1, 0, 0, -1 %_FNCNAME%(0,10,1)= 0.0, -4, 0, 1, -1, 2, -2 %_FNCNAME%(0,11,1)= 0.0, -1, 0, 0.7426, 0, 0, -4 %_FNCNAME%(0,12,1)= 0.0, -2, 0, 1, -4, 3, -1 %_FNCNAME%(0,13,1)= 0.0, -1, 0, 1, -2, 3, 1 %_FNCNAME%(0,14,1)= 0.0, -1, 7, 1, -1, 0, 0 %_FNCNAME%(0,15,1)= 0.0, -2, 0, 1, -3, 3, -1 %_FNCNAME%(0,16,1)= 0.0, 99, 0, 1, -2, 0, 0

! End of equation: 2450*0.7462*227.2246*0.13*exp(-0.7426*{TIME})

!创建几何体

BLOCK,,5,,7.5,,2.4 !创建混凝土块 BLOCK,,20,,20,-10,0 !创建基础土体

KWPLAN,-1,4,3,6 !定位工作坐标系1 VSBW,ALL !分割体1

KWPLAN,-1,3,1,7 !定位工作坐标系2 VSBW,ALL !分割体2

VGLUE,ALL !GLUE所有体元素 NUMMRG,ALL !合并所有重复元素 NUMCMP, ALL !压缩所有元素的编号 CSYS,0 !返回全局坐标系

!进行网格划分

!划分混凝土体

VSEL,S,,,1,1,1 !选择混凝土体 VATT,1,,1,0 !指定混凝土材料 ALLSEL

VSEL,U,,,1,1,1 !选择基础土体

VATT,2,,1,0 !指定基础土体材料 ALLSEL !选择所有料 LSEL,S,,,5,5,1 !选择混凝土短边

LESIZE,ALL,,,5 !混凝土短边划分为5 LSEL,S,,,8,8,1 !选择混凝土长边

LESIZE,ALL,,,10 !混凝土短边划分为10 LSEL,S,,,9,9,1 !选择混凝土高

LESIZE,ALL,,,6 !混凝土高划分为6

!划分基础土体

LSEL,S,,,1,1,1 !选择混凝土高 LESIZE,ALL,,,10 LSEL,S,,,4,4,1 LESIZE,ALL,,,5 LSEL,S,,,15,15,1 LSEL,A,,,13,13,1 LSEL,A,,,24,39,15 LSEL,A,,,20,30,10 LSEL,A,,,37,40,3 LESIZE,ALL,,,6 LSEL,S,,,2,2,1 LESIZE,ALL,,,5 LSEL,S,,,3,3,1 LESIZE,ALL,,,10 ALLSEL

VMESH,ALL !映射划分网格 FINISH

/SOLU !进入求解器

ANTYPE,4 !选择瞬态求解 TRNOPT,FULL LUMPM,0

ESEL,S,MAT,,1 !选择混凝土体的所有结点 NSLE,S

IC,all,TEMP,23.6 !混凝土的浇筑温度为23.6 ESEL,S,MAT,,2 !选择基础土体的所有结点 NSLE,S

IC,all,TEMP,16 !基础的初始温度为16 ALLSEL

SFA,4,1,CONV,616.32, %QIWEN% !四周木模对流系数616.32 SFA,6,1,CONV,616.32, %QIWEN%

SFA,2,1,CONV,2054.4, %QIWEN% !上面裸露对流系数616.32 BFV,1,HGEN, %HEATS% !输入热生成率heats ALLSE !选择所有

TRNOPT,FULL !设置计算方法 *DO,DAY,0.5,10,0.5 !设置循环计算

TIME,DAY !设置荷载步时间 AUTOTS,0 !关闭自动时间步长 KBC,0 !设置阶梯荷载步

TSRES,ERASE !Defines an array of keytimes at which the time-stepping strategy changes

OUTRES,ALL,ALL !输出所有项 SOLVE !开始计算

*ENDDO !终止循环计算

!结构应力分析

/PREP7 !前处理

ETCHG,TTS !转换热分析单元为结构单元

!输入参数

!定义变化弹模EXX *DIM,EXX,ARRAY,20 EXX(1,1,1) = 0.87e10 EXX(2,1,1) = 1.05e10 EXX(3,1,1) = 1.17e10 EXX(4,1,1) = 1.26e10 EXX(5,1,1) = 1.33e10 EXX(6,1,1) = 1.39e10 EXX(7,1,1) = 1.44e10 EXX(8,1,1) = 1.48e10 EXX(9,1,1) = 1.52e10 EXX(10,1,1) = 1.56e10 EXX(11,1,1) = 1.59e10 EXX(12,1,1) = 1.61e10 EXX(13,1,1) = 1.64e10 EXX(14,1,1) = 1.67e10 EXX(15,1,1) = 1.69e10 EXX(16,1,1) = 1.71e10 EXX(17,1,1) = 1.73e10 EXX(18,1,1) = 1.75e10 EXX(19,1,1) = 1.77e10 EXX(20,1,1) = 1.79e10

!定义20种材料每0.5小时一种材料来反映弹模的改变 *DO,I,1,20,1 MP,DENS,I,2450 !混凝土 密度为2450 MP,EX,I,EXX(I) !混凝土 弹模为EXX(I) MP,PRXY,I,0.167 !混凝土 泊松比为0.167

MP,ALPX,I,0.75E-5 !混凝土 热膨胀系数为0.75e-5 MP,REFT,I,15 !定义参考温度 *ENDDO

VCLEAR, 2, 5, 1 !清除基础土体网格 VDELE, 2, 5, 1, 1 !删除基础土体 ALLSEL !选择选择所有

/SOLU !进入求解器

NROPT,FULL !Specifies the Newton-Raphson options in a full transient analysis

NLGEOM,ON !考虑大变形的影响 ASEL,S,,,1,1,1 !选择面1

NSLA,S,1 !选择面1上的结点 D,all,ALL !加基础全约束 ALLSEL !选择选择所有 DA,3,SYMM !加对称约束 DA,5,SYMM !加对称约束 I=1

*DO,DAY,0.5,10,0.5

ESEL, S, MAT, , I, I,1 !选择混凝土材料号为I的元素

ACEL,0,0,-9.8, !GRAVITY LOAD 施加重力荷载加速度 LDREAD,TEMP,,,DAY, ,'themal','rth',' ' !TEMP LOAD Reads results from the results file and applies them as loads. TIME,DAY AUTOTS,0

KBC,0 !设置阶梯荷载步

TSRES,ERASE !Defines an array of keytimes at which the time-stepping strategy changes

OUTRES,ALL,ALL, !输出所有的结果 SOLVE !计算 I=I+1

*IF,I,LE,20,THEN MPCHG,I,ALL *ENDIF *ENDDO

【间接法耦合分析温度场与应力场】

!!!!此为7月22号自编的不分层，体加30摄氏度、水化热生热率；一面加对流边界条件

/PREP7

/TITLE,Transient-state thermal analysis of concrete wall /SHOW

ET,1,SOLID90 !定义单元类型为thermal solid 90

!!!!!!!!/UNITS,SI !采用国际制单位(与时间有关的单位都换成天，国际制单位焦耳）

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!以下为定义材料属性:

MP,DENS,1,2441 !密度=2441kilogram/ ( meter3 )

MP,HF,1,14 !对流换热系数，单位：J/ ( meter2.s.degree C ) !!!!!!!!!!20J/ ( meter2.s.degree C ) =1680000J/( meter2.d.degree C ) MPTEMP,,0,21,32,43 !建立温度表 ，单位： ( degree C )

MPDATA,C,1,,971,971, 997,1038 !定义比热，单位：J / ( kilogram .degree MPDATA,KXX,1,,3.2158,3.2158, 3.1647,3.1217 !定义导热系数，单位：J/ ( meter.S.degree C ) !!!!!!!!!!!!!!!!!!MPDATA,KXX,1,,277845.12,277845.12, 273430,269714.8 !定义导热系数，单

位：J/ ( meter.d.degree C )

BLOCK,,12,,5,,7, !建立立方体模型

/VIEW,1,1,1,1 !Isometric view(三轴等侧视图）

!!!!!! 划分网格

MSHAPE,0,3D ！选择3D映射网格 MSHKEY,1

VSEL, ALL !选中所有的体 VMESH,ALL TYPE, 1

EXTOPT,ESIZE,2,0, EXTOPT,ACLEAR,0 !*

EXTOPT,ATTR,0,0,0 MAT,1 REAL,_Z4 ESYS,0 !*

FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,4

VEXT,p51x, , ,0,3,0,,,, FLST,2,1,5,ORDE,1 FITEM,2,7

VEXT,p51x, , ,0,2,0,,,,

!!!!!! 网格划分完毕 eplot

finish !从前处理退出 !热分析加载求解

/solu !相当于Main Menu>Solution ANTYPE,trans

timint,off !先做稳态分析，确定初始条件

time,0.001 !设定只有一个子步的时间很小的荷载步 !!!!!!!!!!!!!!!!!deltim,0.001 !设定时间步长为0.001秒 !TUNIF,30, !加体温度荷载，30摄氏度 d,all,temp,0

!NSEL,S,LOC,X,12 !定义X=12表面上的对流边界条件 !SF,ALL,CONV,-1,20

ALLSEL

solve !相当于solution>solve>current LS !瞬态热分析

ddelet,all,temp !删除稳态分析时的节点温度荷载 !!!!!!!!先把2,3层单元全部杀死，再激活第一层

!杀灭闸墩单元 nsel,s,loc,y,5,10 esln,s,1 ekill,all

!激活第一层单元 nsel,s,loc,y,5,8 esln,s,1 ealive,all

nsel,s,loc,y,0,8 nsel,inve d,all,temp,0 allsel

!!!!!!!!!!!!FINISH

!!!!!!/PREP7 !!(如果不加此句，循环后所出的图形时间是从第六天开始的，相当于Main Menu>Preprocessor ） delt=.2 tim=0.001

timint,on !打开时间积分 TINTP,,,,1.0,,

*do,day,1,10 !!!!!/prep7 tim=tim+delt

time,tim !指定荷载步的结束时间

deltim,0.2 !设置荷载步的子步长(即一天内再分成1/0.5段） AUTOS,-1 !打开自动时间步长

DIFHgen=20498472.32*exp(-0.36*((tim-0.1)**0.74))*((tim-0.1)**(-0.26)) !VSEL,ALL

BFV,2,HGEN,DIFHgen !加生热荷载 KBC,0 !荷载线性变化（ramped) SFA,8,1,CONV,14,10 SFA,9,1,CONV,14,10 SFA,10,1,CONV,14,10 SFA,11,1,CONV,14,10 ALLSEL /solu

SOLVE *enddo

!!!!!!开始应力场的求解 /prep7 etchg,tts

mp,alpx,1,0.7e-5 !!!热膨胀系数

mp,ex,1,29.5e9 !!!90天的弹性模量

mp,prxy,1,0.167 !!!泊松比 mp,dens,1,2441 !!!!密度

!!!!!!!!利用循环实现弹性模量随时间变化，按顺序激活单元，并导入每个步长时间段的温度场，得出变化的应力场 time,0.001 nropt,full

!!!!!!!!!!!!solve tim=0.001 delt=0.2

!!!!!!!!先把2,3层单元全部杀死，再激活第一层 !杀灭闸墩单元 nsel,s,loc,y,5,10 esln,s,1 ekill,all

!激活第一层单元 nsel,s,loc,y,5,8 esln,s,1 ealive,all

nsel,s,loc,y,0,8 nsel,inve d,all,all,0 allsel

*do,tm,1,10 tim=tim+delt time,tim deltim,0.2

!改变第1层弹性模量 /prep7

ecx=1.41*27.68*10**9*(1-exp(-0.4*tim**0.34)) mp,ex,1,ecx nsel,s,loc,y,5,8 esln,s,1 emodi,all finish /solu

!!!!!!结构计算的边界条件 nsel,s,loc,y,5,8 nsel,r,loc,x,0 d,all,ux,0 alls

nsel,s,loc,y,5,8 nsel,r,loc,x,12 d,all,ux,0 alls

nsel,s,loc,y,5,8 nsel,r,loc,z,0 d,all,uz,0 alls

nsel,s,loc,y,5,8 nsel,r,loc,z,7 d,all,uz,0 alls

!!!!!!!!!!考虑重力因素 grav=9.81

acel 0,grav,0 !!!!!!!!!!施加y向重力加速度

!!!!!!!读入热分析结果 !allsel,all !nsel,all

!BFVDELE,all,TEMP

!SFADELE,all,TEMP !这四句好像没有什么用 !!!!!ldread,temp,,,tim,,,rth ldread,temp,0,0,tim,,,rth tref,0 solve

*enddo !!!结束56天的循环 fini

【利用ANSYS单元生死和热-结构耦合分析】

!下面的命令流进行的是一个简单的二维焊接分析, 利用ANSYS单元生死和热-结构耦合分析功能进

!行焊接过程仿真, 计算焊接过程中的温度分布和应力分布以及冷却后的焊缝残余应力。

/title,Weld Analysis by \ /prep7

/unit,si ! 采用国际单位制 !

et,1,13,4 ! 13号二维耦合单元, 同时具有温度和位移自由度 et,2,13,4 !

! 1号材料是钢

! 2号材料是铝 ! 3号材料是铜

! 铝是本次分析中的焊料, 它将钢结构部分和铜结构部分焊接起来 ! 下面是在几个温度点下, 各材料的弹性模量 mptemp,1,20,500,1000,1500,2000

mpdata,ex,1,1,1.93e11,1.50e11,0.70e11,0.10e11,0.01e11 mpdata,ex,2,1,1.02e11,0.50e11,0.08e11,0.001e11,0.0001e11 mpdata,ex,3,1,1.17e11,0.90e11,0.30e11,0.05e11,0.005e11 !

! 假设各材料都是双线性随动硬化弹塑性本构关系

! 下面是各材料在各温度点下的屈服应力和屈服后的弹性模量 tb,bkin,1,5 tbtemp,20,1

tbdata,1,1200e6,0.193e11 tbtemp,500,2

tbdata,1, 933e6,0.150e11 tbtemp,1000,3

tbdata,1, 435e6,0.070e11 tbtemp,1500,4

tbdata,1, 70e6,0.010e11 tbtemp,2000,5

tbdata,1, 7e6,0.001e11 !

tb,bkin,2,5 tbtemp,20,1

tbdata,1,800e6,0.102e11 tbtemp,500,2

tbdata,1,400e6,0.050e11 tbtemp,1000,3

tbdata,1, 70e6,0.008e11 tbtemp,1500,4

tbdata,1, 1e6,0.0001e11 tbtemp,2000,5

tbdata,1,0.1e6,0.00001e11 !

tb,bkin,3,5 tbtemp,20,1

tbdata,1,900e6,0.117e11 tbtemp,500,2

tbdata,1,700e6,0.090e11 tbtemp,1000,3

tbdata,1,230e6,0.030e11 tbtemp,1500,4

tbdata,1, 40e6,0.005e11

tbtemp,2000,5

tbdata,1, 4e6,0.0005e11 !

! 材料密度(假设为常值) mp,dens,1,8030 mp,dens,2,4850 mp,dens,3,8900

! 热膨胀系数(假设为常值) mp,alpx,1,1.78e-5 mp,alpx,2,9.36e-6 mp,alpx,3,1.66e-5

! 泊松比(假设为常值) mp,nuxy,1,0.29 mp,nuxy,2,0.30 mp,nuxy,3,0.30

! 热传导系数(假设为常值) mp,kxx,1,16.3 mp,kxx,2,7.44 mp,kxx,3,393

! 比热(假设为常值) mp,c,1,502 mp,c,2,544 mp,c,3,385

! 热膨胀系数(假设为常值)

! 由于该13号单元还有磁自由度, 此处假设一磁特性, 但并不影响我们所关心的结果 mp,murx,1,1 mp,murx,2,1 mp,murx,3,1

! 假设焊料(铝)焊上去后的初始温度是1500℃ mp,reft,1,20 mp,reft,2,1500 mp,reft,3,20 !

! 下面建立几何模型 csys,0 k,1,0,0,0 k,2,0.5,0,0 k,3,1,0,0 k,4,0,0.3,0 k,5,0.35,0.3,0 k,6,0.65,0.3,0 k,7,1,0.3,0 a,1,2,5,4 a,2,6,5

a,2,3,7,6 ! 划分单元 esize,0.025 type,2 mat,2 amesh,2 esize,0.05 type,1 mat,1 amesh,1 mat,3 amesh,3 eplot ! /solu

antype,4 ! 瞬态分析 trnopt,full !

! 在模型的左边界加位移约束 nsel,all

*get,minx,node,,mnloc,x nsel,s,loc,x,minx d,all,ux,0

*get,miny,node,,mnloc,y nsel,r,loc,y,miny d,all,uy,0 !

! 假设在模型的左右边界处温度始终保持在20℃, 其它边界条件如对流、辐射等都可 ! 施加，此处因只是示意而已，故只施加恒温边界条件。 nsel,all

*get,minx,node,,mnloc,x nsel,s,loc,x,minx d,all,temp,20 nsel,all

*get,maxx,node,,mxloc,x nsel,s,loc,x,maxx d,all,temp,20 !

! 由于第二个面是焊料所在区域，因此，首先将该区域的单元\死\掉 nna=2 esel,all

*get,emax,elem,,num,max asel,s,area,,nna esla

*get,nse,elem,,count *dim,ne,,nse *dim,nex,,nse *dim,ney,,nse *dim,neorder,,nse mine=0

! 下面的DO循环用于将焊料区的单元按其形心Y坐标排序，以便后面 ! 模拟焊料由下向上逐步\生长\的过程 *do,i1,1,nse

esel,u,elem,,mine *get,nse1,elem,,count ii=0

*do,i,1,emax

*if,esel(i),eq,1,then ii=ii+1 ne(ii)=i *endif *enddo *do,i,1,nse1

*get,ney(i),elem,ne(i),cent,y *get,nex(i),elem,ne(i),cent,x *enddo miny=1e20 minx=1e20 *do,i,1,nse1

*if,ney(i),lt,miny,then miny=ney(i) minx=nex(i) mine=ne(i) *else

*if,ney(i),eq,miny,then *if,nex(i),lt,minx,then miny=ney(i) minx=nex(i) mine=ne(i) *endif *endif *endif *enddo

neorder(i1)=mine *enddo !

max_tem=1500 ! 按照前面假设，焊料的初始温度为1500℃ dt1=1e-3 ! 用于建立初始条件的一个很小的时间段

dt=5 ! 焊接一个单元所需的时间 t=0 ! 起始时间 esel,all eplot /auto,1 /replot *do,i,1,nse ekill,neorder(i) esel,s,live eplot *enddo allsel,all outres,all,all ic,all,temp,20 kbc,1

timint,0,struct timint,1,therm timint,0,mag

tintp,0.005,,,1,0.5,0.2 ! !

nsub1=2 nsub2=40 *do,i,1,nse

ealive,neorder(i) esel,s,live eplot esel,all

! 下面的求解用于建立温度的初始条件 t=t+dt1 time,t nsubst,1 *do,j,1,4

d,nelem(neorder(i),j),temp,max_tem *enddo solve

! 下面的求解用于保证初始的升温速度为零 t=t+dt1 time,t solve

! 下面的步骤用于求解温度分布 *do,j,1,4

ddele,nelem(neorder(i),j),temp *enddo

t=t+dt-2*dt1 time,t

nsubst,nsub1 solve *enddo t=t+50000 time,t

nsubst,nsub2 solve finish

/post1

! 下面的一系列命令用于生成应力的动画文件

/seg,dele

/cont,1,15,0,1200e6/16,1200e6 /dscale,1,1.0 avprin,0,0 avres,1

/seg,multi,stress,0.1 esel,all *do,i,1,nse

esel,u,elem,,neorder(i) *enddo *do,i,1,nse

esel,a,elem,,neorder(i) set,(i-1)*3+1,1 plnsol,s,eqv *do,j,1,nsub1 set,(i-1)*3+3,j plnsol,s,eqv *enddo *enddo

*do,i,1,nsub2 set,(nse-1)*3+4,i plnsol,s,eqv *enddo

/seg,off,stress,0.1 /anfile,save,stress,avi

! 下面的一系列命令用于生成温度的动画文件

/seg,dele

/cont,1,15,0,1500/16,1500 /dscale,1,1.0 avprin,0,0 avres,1

/seg,multi,temp,0.1 esel,all *do,i,1,nse

esel,u,elem,,neorder(i) *enddo *do,i,1,nse

esel,a,elem,,neorder(i) set,(i-1)*3+1,1 plnsol,temp *do,j,1,nsub1 set,(i-1)*3+3,j plnsol,temp *enddo *enddo

*do,i,1,nsub2 set,(nse-1)*3+4,i plnsol,temp *enddo

/seg,off,temp,0.1 /anfile,save,temp,avi

Finish

温度场分析步骤:

1.建立温度场分析所用DB文件.

2.建立浇筑层对应的组件，并对组件进行数组标识。 3.用APDL建立温度场分析数据文件. 应力场分析步骤:

1.建立应力场分析所用DB文件.（可选，可通过温度场文件直接生成) 2.建立随时间变化的各种材料汇编文件，并读入DB文件中。 3.用APDL建立应力场分析数据文件.

!!!!********************************************************************** !!!!********************************************************************** !!!!********某混凝土拱坝工程施工期及运行期温度应力计算数据流文件**********

!!!!**********************************************************************

! !*IF,T,EQ,136,THEN !SAVE,SA136,DB !*ENDIF ! !!!!!!!!!检验数据流的正确性，随意存几个时间步结果 solve *ENDDO

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!砼浇筑后一个月按天计算（第142天-第1072天） !修改各层的材料编号，均变为1号材料 CMSEL,S,LAYER(k+1,1) *DO,K,0,36,1 CMSEL,A,LAYER(k+1,1) *ENDDO MPCHG,1,ALL,

*DO,T,142,1072,30

!***********!solve*****

!!!!!!!!!!!!!! LOAD

!GRAVITY LOAD ACEL,0,0,9.8, !TEMP LOAD LDREAD,TEMP,,,T, ,'CAL-030301','rth',' ' !TEMP LOAD !WATER PRESURRE !*IF,T,GT,1095,AND,T,LE,1185,THEN !SFGRAD,PRES,0,Z,1580+2.45*(T-1095),-9800

!CMSEL,S,UPNODE !NSEL,R,LOC,Z,1580,1580+2.45*(T-1095), !SF,ALL,PRES,0 !ALLSEL,ALL !*ENDIF

ALLSEL,ALL TIME,T

AUTOTS,0 NSUBST,1, , ,1 CNVTOL,F, ,0.2,2,200,

KBC,0

OUTRES,ALL,LAST,

!!!!!!!!!!检验数据流的正确性，随意存几个时间步结果 !*IF,T,EQ,172,THEN !SAVE,SA172,DB !*ENDIF ! !*IF,T,EQ,382,THEN !SAVE,SA382,DB !*ENDIF ! !

!*IF,T,EQ,742,THEN !SAVE,SA742,DB !*ENDIF

!!!!!!!!!检验数据流的正确性，随意存几个时间步结果

solve *ENDDO

!!!!**********************************************************************

!!!!******************编制所用材料数据流********************************** !!!!********************************************************************** !!!!**********************************************************************

/PREP7

!热分析转换为结构分析 ETCHG,TTS

!删除计算温度场所用材料

*DO,I,1,3,1

MPDE,ALL,I TBDE,ALL,I *ENDDO

!坝体材料最终值 (材料编号1)

MPTEMP,,,,,,,,

MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,1,,3.2e10 MPDATA,PRXY,1,,0.167 MPDATA,DENS,1,,2400 MPDATA,ALPX,1,,0.9E-5 UIMP,1,REFT,,,10.0

!纵向围堰材料(材料编号2) MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,2,,3.2e10 MPDATA,PRXY,2,,0.167 MPDATA,DENS,2,,2400 MPDATA,ALPX,2,,0.9E-5 UIMP,2,REFT,,,10.0

!岩石材料，按高程确定(材料编号3) MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,3,,4.0e10 MPDATA,PRXY,3,,0.2 MPDATA,ALPX,3,,0.9E-5 UIMP,3,REFT,,,17.3

!混凝土材料(材料编号21-57)

MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0

*DO,i,21,57,1 MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,I,,0.325e10 MPDATA,PRXY,I,,0.167 MPDATA,DENS,I,,2400 MPDATA,ALPX,I,,0.9E-5 UIMP,I,REFT,,,10.0 TB,CREE,I,,,0 TBMODIF,1,1,8.33E-12 TBMODIF,1,2,1 TBMODIF,1,3,0 TBMODIF,1,4,0 TBMODIF,1,5,0 TBMODIF,1,6,0 *ENDDO

!坝体材料的变化 (材料编号201-7505) *DO,J,0,36,1

*DO,I,201+J*200,305+J*200,1

E=3.2E10*((I-200-J*200)/(7+I-200-J*200)) MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0 MPDATA,EX,I,,E MPDATA,PRXY,I,,0.167 MPDATA,DENS,I,,2400 MPDATA,ALPX,I,,0.9E-5 UIMP,I,REFT,,,10.0 !CREEP CHANGE

*IF,I,LE,203+J*200,THEN CREEP=8.33E-12

*ELSEIF,I,GT,203+J*200,AND,I,LE,230+J*200,THEN CREEP=0.78E-12

*ELSEIF,I,GT,230+J*200,AND,I,LE,290+J*200,THEN CREEP=0.21E-12

*ELSEIF,I,GT,290+J*200,AND,I,LE,305+J*200,THEN CREEP=0.028E-12 *ELSE

CREEP=0.0067E-12 *ENDIF

TB,CREE,I,,,0

TBMODIF,1,1,CREEP TBMODIF,1,2,1 TBMODIF,1,3,0 TBMODIF,1,4,0 TBMODIF,1,5,0 TBMODIF,1,6,0 *ENDDO *ENDDO !

SAVE,STRUCTURE,DB

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