ANSYS熱－結(jié)構(gòu)耦合分析實例

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

在土木工程結(jié)構(gòu)中,溫度應力在很多情況下對結(jié)構(gòu)的影響很大。很多時候需要先對結(jié)構(gòu)進行熱傳導分析,得到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度應力分布,再進行結(jié)構(gòu)分析,得到由于溫度產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力。ANSYS提供了很方便的熱分析-結(jié)構(gòu)分析切換工具,本節(jié)將以一個圓環(huán)的熱應力分析為例,介紹ANSYS提供的相關(guān)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(shù)Thermal->Conductivity->Isotropic,設(shè)定熱傳導速率為0.07。添加力學屬性Structural->Linear->Elastic->Isotropic,設(shè)定彈性模量為30e9,泊松比為0.2。添加熱膨脹系數(shù)Structural->Thermal Expansion->Secant Coefficient->Isotropic,設(shè)定熱膨脹系數(shù)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(guān)鍵點。在ANSYS主菜單Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS,輸入以下關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)鍵點2,4和3,5。組成圓環(huán)輪廓
(4) 在ANSYS主菜單Preprocessor->Modeling->Create->Arbitrary->By Lines,點選圓環(huán)周邊輪廓線,生成圓環(huán)面。
(5) 下面劃分網(wǎng)格,由于本模型只有一種單元一種材料,所以不必復雜的設(shè)置屬性。進入ANSYS主菜單Preprocessor->Meshing->Size Cntrls->ManualSize->Global->Size,在Global Element Size窗口中設(shè)置單元尺寸為0.5。在ANSYS主菜單Preprocessor->Meshing->Mesh->Areas,點選圓環(huán)進行網(wǎng)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(shè)置分析類型為穩(wěn)態(tài)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(jié)構(gòu)的溫度場分布。
(9) 進入ANSYS主菜單General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu,繪制節(jié)點的溫度荷載分布如圖所示。

(10) 下面開始根據(jù)上面的熱分析結(jié)果進行結(jié)構(gòu)應力分析。進入ANSYS主菜單Preprocessor-> Element Type-> Switch Elem Type,選擇單元轉(zhuǎn)換方式為從熱分析向結(jié)構(gòu)分析轉(zhuǎn)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(jié)果(Jobname.rth)文件中讀取熱分析結(jié)果,如果設(shè)定的分析項目名稱為case07的話,則熱分析結(jié)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(jié)構(gòu)的溫度應力。
(14) 進入ANSYS主菜單General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu,繪制結(jié)構(gòu)的主拉應力(1st principal stress) 。