ANSYS熱－結(jié)構(gòu)耦合分析實(shí)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(yīng)力在很多情況下對(duì)結(jié)構(gòu)的影響很大。很多時(shí)候需要先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱傳導(dǎo)分析,得到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度應(yīng)力分布,再進(jìn)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(gè)圓環(huán)的熱應(yīng)力分析為例,介紹ANSYS提供的相關(guān)功能。

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

(2) 進(jìn)入ANSYS主菜單Preprocessor->Material Props->Material Models,添加熱傳導(dǎo)速率參數(shù)Thermal->Conductivity->Isotropic,設(shè)定熱傳導(dǎo)速率為0.07。添加力學(xué)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(biāo)準(zhǔn)的點(diǎn)、線、面、體建立模型。首先建立關(guān)鍵點(diǎn)。在ANSYS主菜單Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->In Active CS,輸入以下關(guān)鍵點(diǎn)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(diǎn)選關(guān)鍵點(diǎn)2和3,然后點(diǎn)選中心點(diǎn)1,最后輸入半徑為5,生成第一個(gè)圓弧。接著點(diǎn)選關(guān)鍵點(diǎn)4和5,然后點(diǎn)選中心點(diǎn),輸入半徑8。生成第二個(gè)圓弧
(3) 在ANSYS主菜單Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Straight Line,連接關(guān)鍵點(diǎn)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(diǎn)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(fù)雜的設(shè)置屬性。進(jìn)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(diǎn)選圓環(huán)進(jìn)行網(wǎng)格劃分
(6) 下面首先進(jìn)入熱分析,進(jìn)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(jìn)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(jìn)入ANSYS主菜單Solution->Solve->Current LS,計(jì)算當(dāng)前結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)分布。
(9) 進(jìn)入ANSYS主菜單General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu,繪制節(jié)點(diǎn)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(jìn)行結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析。進(jìn)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(jìn)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(yīng)力分布讀入當(dāng)前的分析工況,進(jìn)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(xiàng)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(jìn)入ANSYS主菜單Solution->Solve->Current LS,計(jì)算當(dāng)前結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力。
(14) 進(jìn)入ANSYS主菜單General Postproc->Plot Results->Contour Plot->Nodal Solu,繪制結(jié)構(gòu)的主拉應(yīng)力(1st principal stress) 。