ansys瞬态热分析教程

Workbench瞬态热分析

问题描述：将一个温度为900摄氏度的钢球放在空气中冷却，分别查看钢球和外部空气的温度变化。分析类型：瞬态热分析分析平台：ANSYS Workbench 17.0分析人：技术邻 一无所有就是打拼的理由研究模型：自定义

一、引言 结构热分析主要包括热传导、热对流、热辐射，热分析遵循热力学第一定律，即能量守恒。传热即是热量传递，凡是有温差存在的地方，必然有热量的传递。传热现象在现实生活中普遍存在，比如食物的加热，冷却，有相变存在的蒸发冷凝换热等。热分析类型主要有稳态热分析和瞬态热分析。稳态热分析中，我们只关心物体达到热平衡状态时的热力条件，而不关心达到这种状态所用的时间。在稳态热分析中，任意节点的温度不随时间的变化而变化。一般来说，在稳态热分析中所需要的唯一材料属性是热导率。在瞬态热分析中，我们只关心模型的热力状态与时间的函数关系，比如对水的加热过程。在瞬态热分析中，需要对材料赋予热导率，密度，比热容等材料属性及初始温度，求解时间和时间增量这些边界条件。在装配体的热分析中，我们还要考虑到接触区域传热，由于接触面可能存在表面粗糙度，接触压力等情况存在，导致存在接触热阻。接触面存在两种传

详细介绍了ansys瞬态动力学分析,并带有实例。

第四章

瞬态动力分析

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第四章：瞬态动力分析 第四章：第一节： 第一节：瞬态动力分析的定义和目的 第二节： 第二节：瞬态分析状态的基本术语和概念 第三节： 第三节：在ANSYS中如何进行瞬态分析 中如何进行瞬态分析 第四节：瞬态分析实例 第四节：

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瞬态分析

第一节：定义和目的 第一节：什么是瞬态动力分析? 什么是瞬态动力分析 它是确定随时间变化载荷(例如爆炸)作用下 它是确定随时间变化载荷(例如爆炸) 结构响应的技术； 结构响应的技术； 输入数据： 输入数据： – 作为时间函数的载荷 输出数据： 输出数据： – 随时间变化的位移和其它的导出量，如：应 随时间变化的位移和其它的导出量， 力和应变。 力和应变。

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瞬态分析

定义和目的(接上页) 接上页)瞬态动力分析可以应用在以下设计中： 瞬态动力分析可以应用在以下设计中： 承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门和缓 承受各种冲击载荷的结构， 冲器、建筑框架以及悬挂系统等； 冲器、建筑框架以及悬挂系统等； 承受各种

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第四章

瞬态动力分析

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第四章：瞬态动力分析 第四章：第一节： 第一节：瞬态动力分析的定义和目的 第二节： 第二节：瞬态分析状态的基本术语和概念 第三节： 第三节：在ANSYS中如何进行瞬态分析 中如何进行瞬态分析 第四节：瞬态分析实例 第四节：

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瞬态分析

第一节：定义和目的 第一节：什么是瞬态动力分析? 什么是瞬态动力分析 它是确定随时间变化载荷(例如爆炸)作用下 它是确定随时间变化载荷(例如爆炸) 结构响应的技术； 结构响应的技术； 输入数据： 输入数据： – 作为时间函数的载荷 输出数据： 输出数据： – 随时间变化的位移和其它的导出量，如：应 随时间变化的位移和其它的导出量， 力和应变。 力和应变。

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瞬态分析

定义和目的(接上页) 接上页)瞬态动力分析可以应用在以下设计中： 瞬态动力分析可以应用在以下设计中： 承受各种冲击载荷的结构，如：汽车中的门和缓 承受各种冲击载荷的结构， 冲器、建筑框架以及悬挂系统等； 冲器、建筑框架以及悬挂系统等； 承受各种

＝＝＝＝＝【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、SOLID9

＝＝＝＝＝【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、SOLID9

＝＝＝＝＝【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、SOLID9

＝＝＝＝＝【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、SOLID9

§3.1瞬态动力学分析的定义

瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。 瞬态动力学的基本运动方程是：

其中：

[M] =质量矩阵 [C] =阻尼矩阵 [K] =刚度矩阵 { }=节点加速度向量

{ }=节点速度向量 {u} =节点位移向量

在任意给定的时间 ，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力（[M]{ }）和阻尼力（[C]{ }）的静力学平衡方程。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长（integration time step）。

§3.2学习瞬态动力学的预备工作

瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源。例如，可以做以下预备工作：

1.首先分析一个较简单模型。

§3.1瞬态动力学分析的定义

瞬态动力学分析（亦称时间历程分析）是用于确定承受任意的随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要，就可以用静力学分析代替瞬态分析。

瞬态动力学的基本运动方程是：

其中：

[M] =质量矩阵

[C] =阻尼矩阵

[K] =刚度矩阵

{}=节点加速度向量

{}=节点速度向量

{u} =节点位移向量

在任意给定的时间，这些方程可看作是一系列考虑了惯性力（[M]{}）和

阻尼力（[C]{}）的静力学平衡方程。ANSYS程序使用Newmark时间积分方法在离散的时间点上求解这些方程。两个连续时间点间的时间增量称为积分时间步长（integration time step）。

§3.2学习瞬态动力学的预备工作

瞬态动力学分析比静力学分析更复杂，因为按“工程”时间计算，瞬态动力学分析通常要占用更多的计算机资源和更多的人力。可以先做一些预备工作以理解问题的物理意义，从而节省大量资源。例如，可以做以下预备工作：

1.首先分析一个较简单模型。创建梁、质量体和弹簧组成的模型，以最小的

/PREP7

/TITLE,Steady-state thermal analysis of pipe junction

/UNITS,BIN ! 英制单位；Use U. S. Customary system of units (inches)

! /SHOW, ! Specify graphics driver for interactive run

ET,1,90 ! Define 20-node, 3-D thermal solid element MP,DENS,1,.285 ! Density = .285 lbf/in^3

MPTEMP,,70,200,300,400,500 ! Create temperature table

MPDATA,KXX,1,,8.35/12,8.90/12,9.35/12,9.80/12,10.23/12

! 指定与温度相对应的数据材料属性；导热系数；Define conductivity values

MPDATA,C,1,,.113,.117,.119,.1