ANSYS熱－結構耦合分析實例

2017-03-02 by:CAE仿真在線來源:互聯網

在土木工程結構中,溫度應力在很多情況下對結構的影響很大。很多時候需要先對結構進行熱傳導分析,得到結構內部的溫度應力分布,再進行結構分析,得到由于溫度產生的結構內力。ANSYS提供了很方便的熱分析-結構分析切換工具,本節將以一個圓環的熱應力分析為例,介紹ANSYS提供的相關功能。

(1) 首先進行熱分析,進入ANSYS主菜單Preprocessor->Element Type->Add/Edit/Delete,選擇添加單元為Quad 4 node 55 號熱分析單元

(2) 進入ANSYS主菜單Preprocessor->Material Props->Material Models,添加熱傳導速率參數Thermal->Conductivity->Isotropic,設定熱傳導速率為0.07。添加力學屬性Structural->Linear->Elastic->Isotropic,設定彈性模量為30e9,泊松比為0.2。添加熱膨脹系數Structural->Thermal Expansion->Secant Coefficient->Isotropic,設定熱膨脹系數為1e-5。
(1) 開始建立模型。還是按照ANSYS標準的點、線、面、體建立模型。首先建立關鍵點。在ANSYS主菜單Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS,輸入以下關鍵點信息
(2) 下面開始建立弧線。在ANSYS主菜單Preprocessor-> Modeling-> Create-> Lines-> Arcs-> By End KPs&Rad,首先點選關鍵點2和3,然后點選中心點1,最后輸入半徑為5,生成第一個圓弧。接著點選關鍵點4和5,然后點選中心點,輸入半徑8。生成第二個圓弧
(3) 在ANSYS主菜單Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Straight Line,連接關鍵點2,4和3,5。組成圓環輪廓
(4) 在ANSYS主菜單Preprocessor->Modeling->Create->Arbitrary->By Lines,點選圓環周邊輪廓線,生成圓環面。
(5) 下面劃分網格,由于本模型只有一種單元一種材料,所以不必復雜的設置屬性。進入ANSYS主菜單Preprocessor->Meshing->Size Cntrls->ManualSize->Global->Size,在Global Element Size窗口中設置單元尺寸為0.5。在ANSYS主菜單Preprocessor->Meshing->Mesh->Areas,點選圓環進行網格劃分
(6) 下面首先進入熱分析,進入ANSYS主菜單Solution->Analysis Type->New Analysis,設置分析類型為穩態分析Steady-state
(7) 輸入熱邊界條件,進入ANSYS主菜單Solution-> Define Loads-> Apply-> Thermal-> Temperature-> On Lines,在直線1上加上1000度的溫度荷載,如圖所示,在直線2上加上20度的溫度荷載。

(8) 進入ANSYS主菜單Solution->Solve->Current LS,計算當前結構的溫度場分布。
(9) 進入ANSYS主菜單General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu,繪制節點的溫度荷載分布如圖所示。

(10) 下面開始根據上面的熱分析結果進行結構應力分析。進入ANSYS主菜單Preprocessor-> Element Type-> Switch Elem Type,選擇單元轉換方式為從熱分析向結構分析轉換Thermal to Struc

(11) 輸入位移邊界條件,進入ANSYS主菜單Solution-> Define Loads-> Apply-> Structural-> Displacement-> On Lines,在直線3上約束Y方向自由度,在直線4上約束X方向自由度。
(12) 最后將前面熱分析的溫度應力分布讀入當前的分析工況,進入ANSYS主菜單Solution->Define Loads->Apply->Structural->Temperature->From Therm Analy,從前面的熱分析結果(Jobname.rth)文件中讀取熱分析結果,如果設定的分析項目名稱為case07的話,則熱分析結果的文件名為case07.rth,如圖所示。

(13) 進入ANSYS主菜單Solution->Solve->Current LS,計算當前結構的溫度應力。
(14) 進入ANSYS主菜單General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu,繪制結構的主拉應力(1st principal stress) 。