ANSYS瞬態(tài)熱分析的經(jīng)典實例（鐵塊入水熱分析）

2017-03-02  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

一個30公斤重、溫度為70℃的銅塊,以及一個20公斤重、溫度為80℃的鐵塊,突然放入溫度為20℃、盛滿了300升水的、完全絕熱的水箱中,如圖所示。過了一個小時,求銅塊與鐵塊的最高溫度(假設(shè)忽略水的流動)。

材料熱物理性能如下:

熱性能	單位制	銅	鐵	水
導(dǎo)熱系數(shù)	W/m℃	383	70	.61
密度	Kg/m3	8889	7833	996
比熱	J/kg℃	390	448	4185

菜單操作過程:

一、設(shè)置分析標題

1、選擇“Utility Menu>File>Change Jobname”,輸入文件名Transient1。

2、選擇“Utility Menu>File>Change Title” 輸入Thermal Transient Exercise 1。

二、定義單元類型

1、選擇“Main Menu>Preprocessor”,進入前處理。

2、選擇“Main Menu>Preprocesor>Element Type>Add/Edit/Delete”。選擇熱平面單元plane77。

三、定義材料屬性

1、選擇“Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models”,在彈出的材料定義窗口中順序雙擊Thermal選項。

2、點擊Conductivity,Isotropic,在KXX框中輸入383;點擊Density,在DENS框中輸入8898;點擊Specific Heat,在C框中輸入390。

3、在材料定義窗口中選擇Material>New Model,定義第二種材料。

4、點擊Conductivity,Isotropic,在KXX框中輸入70;點擊Density,在DENS框中輸入7833;點擊Specific Heat,在C框中輸入448。

5、在材料定義窗口中選擇Material>New Model,定義第三種材料。

6、點擊Conductivity,Isotropic,在KXX框中輸入.61;點擊Density,在DENS框中輸入996;點擊Specific Heat,在C框中輸入4185。

四、創(chuàng)建幾何模型

1、選擇“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Create>-Areas->Retangle>By Dimensions”,輸入X1=0, Y1=0, X2=0.6, Y2=0.5, 點擊Apply;輸入X1=0.15, Y1=0.225, X2= 0.225,Y2=0.27, 點擊Apply;輸入X1=0.6-0.2-0.058, Y1=0.225, X2=0.6-0.2, Y2=0.225+0.044, 選擇OK。

2、選擇“Main Menu>Preprocessor>-Modeling->Operate>Booleans>Overlap”,選擇Pick All。

3、選擇“Utility Menu>Plotctrls>Numbering>Areas, on”。

4、選擇“Utility Menu>Plot>Areas”。

五、劃分網(wǎng)格

1、選擇“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”,選擇材料1。

2、選擇“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Size Cntrls->-Manualsize->-Global->Size”,輸入單元大小0.02。

3、選擇“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Mapped>3 or 4 sided”,選擇銅塊。

4、選擇“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”,選擇材料2。

5、選擇“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Mapped>3 or 4 sided”,選擇鐵塊。

6、選擇“Main Menu>Preprocessor>-Attributes->Define->All Areas”,選擇材料3。

7、選擇“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Size Cntrls->-Manualsize->-Global->Size”,輸入單元大小0.05。

8、選擇“Main Menu>Preprocessor>Meshing->Mesh->-Areas->Free”,選擇水箱。

9、選擇“Utility Menu>Plot>Area”。

六、進行穩(wěn)態(tài)分析設(shè)置初始條件

1、選擇“Main Menu>Solution>-Analysis Type->New Analysis”,選擇Transient,定義為瞬態(tài)分析。

2、選擇“Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Time/Frenquenc>Time Integration”,將TIMINT設(shè)定為 off,首先進行穩(wěn)態(tài)分析。

3、選擇“Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Time/Frenquenc>Time-Time Step”,設(shè)定TIME為0.01、DELTIM也為0.01

4、選擇“Utility Menu: Select>Entities”,在對話框中自上而下依次選擇:Elements,By Attributes,Material num,在“Min, Max”框中輸入3,選擇From Full,點擊APPLY;選擇選擇Nodes,Attached to, Element,點擊OK。

5、選擇“Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes”,選擇Pick All, 輸入20。

6、選擇“Utility Menu: Select>Entities”,在對話框中自上而下依次選擇:Elements,By Attributes,Material num,在“Min, Max”框中輸入2,選擇From Full,點擊APPLY;選擇選擇Nodes,Attached to, Element,點擊OK。

7、選擇“Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes”,選擇Pick All, 輸入80。

8、選擇“Utility Menu>Select>Entities”,在對話框中自上而下依次選擇:Elements,By Attributes,Material num,在“Min, Max”框中輸入1,選擇From Full,點擊APPLY;選擇選擇Nodes,Attached to, Element,點擊OK。

9、選擇“Main Menu>Solution>-Loads->Apply>-Thermal->Temperature>On Nodes”,選擇Pick All, 輸入70。

10、選擇“Utility Menu>Select Everything”。

11、Main Menu>Solution>-Solve->Current LS”。

七、進行瞬態(tài)分析

1、選擇“Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Time/Frenquenc>Time-Time Step”,設(shè)定TIME=3600,DELTIM=26, 最小、最大時間步長分別為2, 200, 將Autots設(shè)置為ON。

2、選擇“Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Time/Frenquenc>Time Integration”,將TIMINT設(shè)置為ON。

3、選擇“Main Menu>Solution>-Loads->Delete>-Thermal->Temperature>On Nodes”,選擇Pick All,刪除穩(wěn)態(tài)分析定義的節(jié)點溫度。

4、選擇“Main Menu>Solution>-Load Step Opts>Output Ctrls->DB/Results”,選擇Every Substeps。

5、選擇“Main Menu>Solution>-Solve->Current LS”。

八、后處理

1、選擇“Main Menu>TimeHist PostPro”,進入POST26。

2、選擇“Main Menu>TimeHist PostPro>Define Variables”,點擊Add,選擇Solution summary,點擊OK,在User specified label框中輸入dtime,選擇Solution Items和Step Time,點擊OK定義子步時間為2號變量。

3、選擇“Main Menu>TimeHist PostPro>Define Variables”,點擊Add,選擇Nodal result,點擊OK,在User specified label框中輸入T_Copper,在Node number框中輸入node(0.1875,0.2475,0),點擊OK定義3號變量。同理可以定義其他節(jié)點解。

4、選擇“Main Menu>TimeHist PostPro>Graph Virables”,輸入變量代號,顯示各變量隨時間變化的曲線。

5、選擇“Main Menu>General Postproc”,進入POST1。

6、選擇“Main Menu>General Postproc>-Read Results->Last set”。

7、選擇“Main Menu>General Postproc>Plot result>Nodal Solution”,選擇temperature。

等效的命令流方法

/filename,transient1

/title, Thermal Transient Exercise 1

!進入前處理

/prep7

et,1,plane77! 定義單元類型

mp,kxx,1,383! 定義材料熱性能參數(shù)

mp,dens,1,8889!1~銅,2~鐵,3~水

mp,c,1,390

mp,kxx,2,70

mp,dens,2,7837

mp,c,2,448

mp,kxx,3,0.61

mp,dens,3,996

mp,c,3,4185

!創(chuàng)建幾何實體

rectnag,0,0.6,0,0.5

rectang,0.15,0.225,0.225,0.27

rectang,0.6-0.2-0.058,0.6-0.2,0.225,0.225+0.044

aovlap,all!布爾操作

/pnum,area,1

aplot

!劃分網(wǎng)格

aatt,1,1,1

eshape,2

esize,0.02

amesh,2

aatt,2,1,1

amesh,3

aatt,3,1,1

eshape,3

esize,0.05

amesh,4

/pnum,mat,1

eplot

finish

!加載求解

/solu

antype,trans

timint,off!先作穩(wěn)態(tài)分析,確定初始條件

time,0.01!設(shè)定只有一個子步的時間很小的載荷步

deltim,0.01

esel,s,mat,,3

nsle,s

d,all,temp,20

esel,s,mat,,2

nsle,s

d,all,temp,80

esel,s,mat,,1

nsle,s

d,all,temp,70

allsel

solve!得到初始溫度分布

!進行瞬態(tài)分析

time,3600

timint,on!打開時間積分

deltim,26,2,200!設(shè)置時間步長,最大及最小時間步長

autots,on!打開自動時間步長

ddelet,all,temp!刪除穩(wěn)態(tài)分析中定義的節(jié)點溫度

outres,all,1!將每個子步的值寫入數(shù)據(jù)庫文件

solve

finish

save

!進入POST26后處理

/post26

solu,2,dtime,,dtime!2~每一子步采用的時間步長

nsol,3,node(0.1875,0.2475,0),temp,,T_Copper!3~銅塊的中心點

nsol,4,node(0.371,0.247,0),temp,,T_Iron!4~鐵塊的中心點

nsol,5,node(30,0,0),temp,,T_H2O_Bot!5~水箱的底部

nsol,6,node(30,50,0),temp,,T_H2O_Top!6~水箱的頂部

nsol,7,node(0,25,0),temp,,T_H2O_Left!7~水箱的左部

nsol,8,node(60,25,0),temp,,T_H2O_Right!8~水箱的右部

Plvar,2

plvar,3,4,5,6,7,8

finish

!進入POST1后處理

/post1!設(shè)置為最后一個載荷子步

set,last

esel,s,mat,,1

nsle,s

plnsol,temp

esel,s,mat,,2

nsle,s

plnsol,temp

finish

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