ansys热应力分析实例

ANSYS热应力分析例题

实例1——圆简内部热应力分折： 有一无限长圆筒，其核截面结构如图13—1

所示，简内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表13．1所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。

该问题属于轴对称问题。由于圆筒无限长，忽略圆筒端部的热损失。沿圆筒纵截面取宽度为10M的如图13—2所示的矩形截面作为几何模型。在求解过程中采用间接求解法和直接求解法两种方法进行求解。间接法是先选择热分析单元，对圆筒进行热分析，然后将热分析单元转化为相应的结构单元，对圆筒进行结构分析；直接法是采用热应力藕合单元，对圆筒进行热力藕合分析。 fini clear

/filname,exercise1-jianjie /title,thermal stresses in a long

/prep7 $Et,1,plane55 Keyopt,1,3,1 $Mp,kxx,1,70 Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,

ABAQUS可以求解以下类型的传热问题：

1. 非耦合传热分析：温度场不受应力应变场或电场的影响。应用ABAQUS/Standard可以求解导热问题、强制对流、边界辐射和空腔辐射问题，其分析类型可以是瞬态或稳态的，也可以是线性或非线性的。

2. 顺序耦合热应力分析：应力应变场受温度场的影响，但温度场不受应力应变场的影响。

此类问题用ABAQUS/Standard求解的步骤为：先求解温度场，然后以其作为已知条件，

进行热应力分析，得到应力应变场。分析传热问题和热应力分析可以使用不一样的网格，abaqus会自动进行差值处理（此类问题称为热应力分析）。

3. 完全耦合热应力分析：温度场和应力应变场之间有着强烈的相互作用。

4. 绝热分析：在此类分析中，力学变形会产生热，而且整个过程中时间极短，不发生热扩散。

5. 热电耦合分析：用来求解电流产生的温度场。

7.1热应力分析中的主要问题

设定线胀系数、模型的初始温度场，并可以修改分析步中的温度场。

7.2带孔平板的热应力分析

学习：

在LOAD功能模块中，使用预定义场（predefined field）来定义温度场。

在此模块中可以直接指定温度场或读入分析结果文件中的温度场，可以指定并精确读入某

热应力

温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能

完全自由胀缩而产生的应力。又称变温应力。 基本概念

求解热应力，既要确定温度场，又要确定位移、应变和应力场。与时间无关的温度场称定常温度场,它引起定常热应力;随时间变化的温度场叫非定常温度场，它引起非定常热应力。热应力的求解步骤：①由热传导方程和边界条件（求非定常温度场还须初始条件）求出温度分布；②再由热弹性力学方程求出位移和应力。 全面定义 定义1

所谓热应力是指半成品干燥和烧成热加工中由于温差作用而产生的一种应力.热应力源包括升降温过程中砖坯内外及砖坯与环境温差卜

来源文章摘要：本文定义了彩釉砖板面细小裂纹的随机性，建立它的力学模型．在此基础上阐述了它的形成机理和工艺控制。 定义2

(()热应力:凡由于在搪玻璃材料中存在温度差而产生的应力称为热应力.(2)制胎成型应力:在铁胎制造过程中,由于卷板、冲压、组焊等操作所造成的应力

来源文章摘要：<正> 质量优良的搪玻璃设备,其瓷层表面不仅要具有玻化程度适当,光滑平整致密,色泽均匀一致以及无棕孔、泡影,外来固体夹杂物,尤其不能有裂纹等缺陷。 但是,事实上,在搪玻璃设备的烧成过程中,常常会出现各种

计算分析模型如图所示, 习题文件名: scf

材料参数：E=205GPa, v = 0.3 力载：4500N

注意单位的一致性：使用N, mm, MPa单位制

建模教程

在ANSYS工作文件夹内新建“stress concentration factor”目录，以存放模型文件。

注意定期保存文件，注意不可误操作，一旦误操作，不可撤销。

1.1 进入ANSYS

开始→程序→ANSYS 14.5→Mechanical APDL Product Launcher14.5→然后在弹出的启动界面输入相应的working directory及文件名scf

如通过Mechanical APDL 14.5进入，则进入预设的working directory

working directory必须设置在电脑最后一个分区（因为教学用电脑只有最后一个分区不受系统保护）

至此ANSYS静力学分析模块启动，ANSYS在“stress concentration factor”目录下自动创建了.log、.err等必要的文件。 2.2设置计算类型

ANSYS Main Menu: Preferences →select Structural → OK 2.3选择单元类

/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

姓名： 大 连 理 工 大 学 学号： 课 程 名 称： 工程计算软件系统 试卷： 无 考试形式：大作业

院系： 授课院（系）：工程力学系 级 _ 班

标准分 得分 第一题 100 总分 100

一、综述题（共100分）用ansys软件建立如下模型，并进行静力与模态分析。静力分析要

求贴出结构Mises应力及合成位移的云图。模态分析要求求出结构前三阶自振模态，贴出前三

阶模态的振型图。并用文字简要叙述建模过程及思路。

材料性质：弹性模量E=2.1E11Pa，泊松比v=0.3，密度为7800kg/m3 边界条件：4个圆柱孔表面全部固定约束。

荷载：半圆弧表面受均布压力荷载，大小为1.5e6 Pa。

模型：图示尺寸均为毫米，4个圆孔半径均为150毫米。倒角半径均为250毫米

1R=1000 500×500×200 1200 ZYX荷载作用面

土木工程中除了常见的静力分析以外，动力分析，特别是结构在地震荷载作用下的受力分析，也是土木工程中经常碰到的题目。结构的地震分析根据现行抗震规范要求，一般分为以下两类：基于结构自振特性的地震反应谱分析和基于特定地震波的地震时程分析。

　　本算例将以一个4质点的弹簧－质点体系来说明如何使用有限元软件进行地震分析。更复杂结构的分析其基本过程也与之类似。

　　关键知识点：

　　(a) 模态分析

　　(b) 谱分析

　　(c) 地震反应谱输进

　　(d) 地震时程输进

　　(e) 时程动力分析

　　(1) 在ANSYS窗口顶部静态菜单，进进Parameters菜单，选择Scalar Parameters选项，在输进窗口中填进DAMPRATIO=0.02，即所有振型的阻尼比为2%

　　(2) ANSYS主菜单Preprocessor->Element type->Add/Edit/Delete，添加Beam 188单元

　　(3) 在Element Types窗口中，选择Beam 188单元，选择Options，进进Beam 188的选项窗口，将第7个和第8个选项，Stress/Strain (Sect Points) K7, Stress/Strain (Se

习题二

题一：

已知：如下图1.1所示，梁一端固定，自由端受弯矩M=105，截面参数见图1.2，材料弹性模量E=3X107，泊松比μ=0.3。 求：截面上的最大应力和最小应力δmax，δmin？

图1.1

图1.2

解：ansys分析得：

ELEM STREST2 STREST5 STRESB3 STRESB6 1 -700.00 -700.00 300.00 300.00

MINIMUM VALUES

ELEM 1 1 1 1 VALUE -700.00 -700.00 300.00 300.00

MAXIMUM VALUES

ELEM 1 1 1 1 VALUE -700.00 -700.00 300.00 300.00

由ansys的分析可得，应力最值分别发生在梁截面的上下部分，且

§2-9 热应力计算

● 当物体温度发生变化时，物体将由于膨胀而产生线应变?T，其中

◎ ?为材料的线膨胀系数；

◎ T表示弹性体内任意点的温度改变值(从整个物体处于初始均匀温度状态算起)。

☆ 在平面问题中，它是坐标x,y及时间t的函数。

● 如果物体各部分的热应变均匀且不受任何约束，则虽有变形却不会引起应力。

● 如果物体各部分的温度不均匀，或表面与其他物体相联系，即受到一定的约束，热变形不

能自由地进行，就将产生应力。

? 这种由于温度变化而引起的应力称为“热应力”或“温度应力”。

● 热应力问题与一般应力分析问题相比较，主要是应力-应变关系上稍有差别。

考虑热应力问题的应力-应变关系是：

{?}?[D]({?}?{?0}) (2-59) ? 相当于有一个初应变。（图示）

其中负号是因为热应变对其它应变起抵消作用。 将(2-15)式代入即可写成：

{?}?[D]([B]{?}?{?0}) (2-60) e● 对于平面应力问题，其中

{?0}??T?110? (2-61) T（各个方向自由一致，厚度方向的应变不受限制，所以对应

§2-9 热应力计算

● 当物体温度发生变化时，物体将由于膨胀而产生线应变?T，其中

◎ ?为材料的线膨胀系数；

◎ T表示弹性体内任意点的温度改变值(从整个物体处于初始均匀温度状态算起)。

☆ 在平面问题中，它是坐标x,y及时间t的函数。

● 如果物体各部分的热应变均匀且不受任何约束，则虽有变形却不会引起应力。

● 如果物体各部分的温度不均匀，或表面与其他物体相联系，即受到一定的约束，热变形不

能自由地进行，就将产生应力。

? 这种由于温度变化而引起的应力称为“热应力”或“温度应力”。

● 热应力问题与一般应力分析问题相比较，主要是应力-应变关系上稍有差别。

考虑热应力问题的应力-应变关系是：

{?}?[D]({?}?{?0}) (2-59) ? 相当于有一个初应变。（图示）

其中负号是因为热应变对其它应变起抵消作用。 将(2-15)式代入即可写成：

{?}?[D]([B]{?}?{?0}) (2-60) e● 对于平面应力问题，其中

{?0}??T?110? (2-61) T（各个方向自由一致，厚度方向的应变不受限制，所以对应