ansys workbench 热分析讲义.ppt
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1、6-1Workbench-Mechanical Introduction第六章第六章热分析热分析热分析热分析6-2Training Manual概念概念本章练习稳态热分析的模拟,包括:本章练习稳态热分析的模拟,包括:A.几何模型几何模型B.组件组件-实体接触实体接触C.热载荷热载荷D.求解选项求解选项E.结果和后处理结果和后处理F.作业作业 6.1本节描述的应用一般都能在本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用,除了或更高版本中使用,除了 ANSYS Structural提示:在提示:在 ANSYS 热分析热分析 的培训中包含了包括热瞬态分析的高级
2、分析的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析热分析热分析6-3Training Manual稳态热传导基础稳态热传导基础对于一个稳态热分析的模拟,温度矩阵对于一个稳态热分析的模拟,温度矩阵T通过下面的矩阵方程解得:通过下面的矩阵方程解得:假设:假设:在稳态分析中不考虑瞬态影响在稳态分析中不考虑瞬态影响K 可以是一个常量或是温度的函数可以是一个常量或是温度的函数Q可以是一个常量或是温度的函数可以是一个常量或是温度的函数热分析热分析6-4Training Manual稳态热传导基础稳态热传导基础上述方程基于傅里叶定律:上述方程基于傅里叶定律:固体内部的热流(固体内部的热流(Fouriers Law)
3、是是 K的基础;的基础;热通量、热流率、以及对流热通量、热流率、以及对流 在在Q 为边界条件;为边界条件;对流被处理成边界条件,虽然对流换热系数可能与温度相关对流被处理成边界条件,虽然对流换热系数可能与温度相关在模拟时,记住这些假设对热分析是很重要的。在模拟时,记住这些假设对热分析是很重要的。热分析热分析6-5Training ManualA.几何模型几何模型热分析里所有实体类都被约束:热分析里所有实体类都被约束:体、面、线体、面、线 线实体的截面和轴向在线实体的截面和轴向在 DesignModeler中定义中定义热分析里不可以使用点质量(热分析里不可以使用点质量(Point Mass)的特性
4、)的特性壳体和线体假设:壳体和线体假设:壳体:没有厚度方向上的温度梯度壳体:没有厚度方向上的温度梯度线体:没有厚度变化,假设在截面上是一个常量温度线体:没有厚度变化,假设在截面上是一个常量温度但在线实体的轴向仍有温度变化但在线实体的轴向仍有温度变化热分析热分析6-6Training Manual 材料特性材料特性Thermal Conductivity 在在Engineering Data 中输入中输入温度相关的导热性以表格温度相关的导热性以表格形式输入形式输入若存在任何的温度相关的材料特性,就将导致非线性求解。若存在任何的温度相关的材料特性,就将导致非线性求解。唯一需要的材料特性是导热性(唯
5、一需要的材料特性是导热性(Thermal Conductivity)热分析热分析6-7Training ManualB.组件组件-实体接触实体接触对于结构分析,接触域是自动生成的,用于激活各部件间的热传导对于结构分析,接触域是自动生成的,用于激活各部件间的热传导热分析热分析6-8Training Manual 组件组件-接触区域接触区域如果部件间初始就已经接触,那么就会出现热传导。如果部件间初始就已经接触,那么就会出现热传导。如果部件间初始就没有接触,那么就不会发生热传导(见下面对如果部件间初始就没有接触,那么就不会发生热传导(见下面对pinball的解释)。的解释)。总结:总结:Pinbal
6、l区域决定了什么时候发生接触,并且是自动定义的,同时还给了一个相区域决定了什么时候发生接触,并且是自动定义的,同时还给了一个相对较小的值来适应模型里的小间距。对较小的值来适应模型里的小间距。热分析热分析6-9Training Manual 组件组件-接触区域接触区域如果接触是如果接触是Bonded(绑定的)或(绑定的)或no separation(无分离的),那么当面出现在(无分离的),那么当面出现在pinball radius内时就会发生热传导(绿色实线内时就会发生热传导(绿色实线表示)。表示)。Pinball Radius右图中,两部件间的间距大于右图中,两部件间的间距大于pinball区
7、域,因此在这两个部件间区域,因此在这两个部件间会发生热传导。会发生热传导。热分析热分析6-10Training Manual 组件组件-导热率导热率默认情况下,假设部件间是完美的热接触传导,默认情况下,假设部件间是完美的热接触传导,意味着界面上不会发生温意味着界面上不会发生温度降度降实际情况下,有些条件削弱了完美的热接触传导:实际情况下,有些条件削弱了完美的热接触传导:表面光滑度表面光滑度表面粗糙度表面粗糙度氧化物氧化物包埋液包埋液接触压力接触压力表面温度表面温度使用导电脂使用导电脂.接着接着 D DTTx热分析热分析6-11Training Manual 组件组件-导热率导热率穿过接触界面的
8、热流速,由接触热通量穿过接触界面的热流速,由接触热通量q决定:决定:式中式中Tcontact 是一个接触节点上的温度,是一个接触节点上的温度,Ttarget 是对应目标节点上的温度是对应目标节点上的温度 默认情况下,基于模型中定义的最大材料导热性默认情况下,基于模型中定义的最大材料导热性KXX和整个几何边界框的对角线和整个几何边界框的对角线ASMDIAG,TCC 被赋以一个相对较大的值。被赋以一个相对较大的值。这实质上为部件间提供了一个完美接触传导这实质上为部件间提供了一个完美接触传导热分析热分析6-12Training Manual 组件组件-导热率导热率在在ANSYS Profession
9、al 或更高版本,用户可以为纯罚函数和增广拉格朗日或更高版本,用户可以为纯罚函数和增广拉格朗日方程定义一个有限热接触传导(方程定义一个有限热接触传导(TCC)。)。在细节窗口,为每个接触域指定在细节窗口,为每个接触域指定TCC输入值输入值如果已知接触热阻,那么它的相反数除以接触面积就可得到如果已知接触热阻,那么它的相反数除以接触面积就可得到TCC值值在接触界面上,可以像接触热阻一样在接触界面上,可以像接触热阻一样输入接触热传导输入接触热传导热分析热分析6-13Training Manual 组件组件-点焊点焊Spotweld(点焊)提供了离散的热传导点:(点焊)提供了离散的热传导点:Spotw
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