1、热-应力分析,第三讲（C）,January 30, 2001 Inventory #001441 7-2,热-应力分析,本章简要描述如何作热-应力分析. 目的有两个: 向用户展示在应力分析中如何施加热荷载. 向用户介绍耦合分析. 主要包括以下主题: A. 概述 B. 顺序耦合 C.直接耦合 D. 专题讨论,January 30, 2001 Inventory #001441 7-3,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非一致变形 (如
2、, 不同的热膨胀系数).,约束产生热 应力,材料不同产 生热应力,January 30, 2001 Inventory #001441 7-4,热-应力分析 概述,在ANSYS中解决热-应力问题的方法有两种.两种方法各有长处. 顺序藕合 以前的方法是 把两种单元类型的网状热值当作结构温度荷载处理 当运行许多个热瞬时时间点时，可以使用上面的方法，若结构的时间点很少时，该法不适用 可以在输入文件中很容易地自动设置 直接藕合 新方法仅使用一种单元类型就能求解两种物理问题 热问题和结构问题之间可允许使用纯藕合 在某些分析中可以忽略不必要的辅助操作,January 30, 2001 Inventory
3、#001441 7-5,热-应力分析 B. 顺序耦合,顺序耦合涉及两种分析:,1. 首先看一个稳态 (或瞬态) 热分析的例子. 建立热单元模型. 施加热荷载. 求解并查看结果. 2. 再看一个静力结构分析的例子. 把单元类型转换成结构单元. 定义包括热膨胀系数在内的材料属性. 施加包括（继承热分析的）温度在内的结构荷载. 求解并查看结果.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-6,热-应力分析 顺序耦合,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 Ty
4、pe 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,January 30, 2001 Inventory #001441 7-7,热-应力分析 顺序耦合,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A
5、NSYS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. 该步仅在热瞬态分析时使用. Solution -Analysis Type- New Analysis 或使用 ANTYPE 命令,January 30, 2001 Inventory #001441 7-8,热-应力分析 顺序耦合,d) 施加结构荷载并把温度作为荷载的一部分. Solution -Loads- Apply -Structural- Temperature From T
6、herm Analy 或使用 LDREAD 命令 e) 求解. f) 查看应力结果.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-9,热-应力分析 C. 直接耦合,直接耦合 通常只涉及用 藕合单元的分析，该单元包括必要的自由度.,1. 首先用以下藕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). 在模型上施加结构荷载、热荷载和约束. 求解并查看热分析结果和结构分析结果.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-10,热-应力分析
7、 顺序耦合 和 直接耦合 的比较,顺序耦合 对非高度的非线性相互作用的藕合情况, 顺序方法更有效，更灵活，因为用户可以相互独立地执行两种分析. 在顺序热-应力分析中，例如，在线性静力分析之后可以紧接着进行非线性瞬态热分析. 然后可以 把热分析中任意荷载步或时间点的结点温度作为应力分析的荷载.,直接耦合 对耦合域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, conjugate heat transfer with fluid flow, 和电磁分析.,January 30, 2001 Inventory #001441 7-11,热-应力分析 D. 专题讨论,可参考指南中的专题讨论补遗: W4a.带散热片的轴对称管 (顺序耦合域) W4b.带散热片的轴对称管 (直接耦合域),
