《(2020年)行业分析报告ANSYS流体与热分析第15章耦合场分析典型工程实例》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(2020年)行业分析报告ANSYS流体与热分析第15章耦合场分析典型工程实例（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第15章 耦合场分析典型工程实例本章重点通过实例讲解介绍ANSYS耦合分析在工程上的一些典型应用。章要要点& 如何解决热-结构耦合问题& 耦合场分析典型工程实例本章案例 & 包含焊缝的金属板热膨胀分析& 现代办公楼层内空调布局对室内温度分布的影响研究15.1工程实例一包含焊缝的金属板热膨胀分析该工程实例问题说明及分析如下：某一平板由钢板和铁板焊接而成，焊接材料为铜，平板尺寸为110.2，横截面结构如图15-1所示。平板的初始温度为800，将平板放置于空气中进行冷却，周围空气温度为30，对流系数为110W/（m2）。求10分钟后平板内部的温度场及应力场分布（材料参数见表15-1）。图15-1 平
2、板横截面结构示意图表15-1 材料性能参数温度弹性模量Gpa屈服强度Gpa切变模量Gpa导热系数W/(m)线膨胀系数-1比热容J/（kg）密度kg/m3泊松比钢302061.420.666.61.06E-0546078000.32001921.3319.84001751.1518.36001530.9215.68001250.6811.2铜301030.910.33831.75E-0539089000.3200990.850.98400900.750.89600790.620.75800580.450.52铁301181.041.1846.55.87E-0645070000.3200930.9
3、10.86400930.910.86600750.760.69800520.560.51该问题属于瞬态热应力问题，选择整体平板建立几何模型，选取SOLID5热-结构耦合单元进行求解。附带光盘“Ch15实例151_start” 附带光盘“Ch15实例151_end”附带光盘“AVICh15151.avi”1、定义工作文件名选择Utility MenuFileChange Jobname命令，弹出Change Jobname对话框，在Enter new jobname后面的文本框中输入EXERCISE15-1，选中New log and error files复选框为Yes，单击OK按钮。2、定义
4、工作标题选择Utility MenuFileChange Title命令，弹出如图15-6所示的Change Title对话框，在Enter new title后面的文本框中输入thermal stresses in sections including welding seam，单击OK按钮。3、定义单元类型1、选择Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete命令，弹出Element Types对话框。单击Add按钮，在弹出的Library of Element Types对话框中，在左面的列表栏中选择Coupled Field、Vecto
5、r Quad13选项，在Element type reference number输入“1”。如图15-2所示。图15-2 单元类型选择对话框2、单击OK按钮，关闭 Library of Element Types对话框。在Element Types对话框中点击Option按钮，出现PLANE13 element type options对话框。在Element degrees of freedom K1选项中选择UX UY TEMP AZ选项，如图13-3所示。单击OK按钮，关闭PLANE55 element type options对话框。点击Close按钮，关闭Element Type对
6、话框。图15-3 单元分析选项对话框4、定义材料性能参数1、选择Main MenuPreprocessorMaterial Props Material Models,弹出Define Material Models Behavior对话框，默认材料编号1，点击对话框右侧的ThermalConductivity Isotropic,在弹出的对话框的热导率KXX中输入导热系数66.6，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureThermalExpansionSecant Coefficient Isotropic，在弹出的对话框中输入线膨胀系数1.06e-5，单击OK按钮关闭该
7、对话框。点击对话框右侧的StructureDensity选项，在弹出的对话框中输入密度7800，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureThermalSpecific Heat选项，在弹出的对话框中输入比热460，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureLinearElasticIsotropic选项，在弹出的对话框中单击Add Temperature按钮4次，参照图15-4进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的Structure NonlinearInelasticRate IndependentKinematic Hardening P
8、lasticityMises PlasticityBilinear选项，在弹出的对话框中单击Add Temperature按钮4次，参照图15-5进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。图15-3 输入钢的弹性模量和泊松比的对话框图15-4 输入钢的屈服强度和切变模量的对话框2、在Define Material Models Behavior对话框中选择MaterialNew Model命令，在Define Material ID文本框中输入2，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的ThermalConductivity Isotropic,在弹出的对话框的热导率KXX中输入导热系数383，单
9、击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureThermalExpansionSecant Coefficient Isotropic，在弹出的对话框中输入线膨胀系数1.75e-5，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureDensity选项，在弹出的对话框中输入密度8900，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureThermalSpecific Heat选项，在弹出的对话框中输入比热390，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureLinearElasticIsotropic选项，在弹出的对话框中单击Add Temperat
10、ure按钮4次，参照图15-5进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureNonlinearInelasticRate IndependentKinematic Hardening PlasticityMises PlasticityBilinear选项，在弹出的对话框中单击Add Temperature按钮4次，参照图15-6进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。图15-5 输入铜的弹性模量和泊松比的对话框图15-6 输入铜的屈服强度和切变模量的对话框3、在Define Material Models Behavior对话框中选择MaterialNew Model命令
11、，在Define Material ID文本框中输入3，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的ThermalConductivity Isotropic,在弹出的对话框的热导率KXX中输入导热系数46.5，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureThermalExpansionSecant Coefficient Isotropic，在弹出的对话框中输入线膨胀系数5.87e-6，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureDensity选项，在弹出的对话框中输入密度7000，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureThermalSpe
12、cific Heat选项，在弹出的对话框中输入比热450，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureLinearElasticIsotropic选项，在弹出的对话框中单击Add Temperature按钮4次，参照图15-7进行设置，单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的StructureNonlinearInelasticRate IndependentKinematic Hardening PlasticityMises PlasticityBilinear选项，在弹出的对话框中单击Add Temperature按钮4次，参照图15-8进行设置，单击OK按钮关闭该对话
13、框。图15-7 输入铁的弹性模量和泊松比的对话框图15-8 输入铁的屈服强度和切变模量的对话框5、创建几何模型1、选择Main MenuPreprocessorModelingCreateKeypointsIn Active CS命令，弹出Create Keypoints in Active Coordinator System对话框，如图15-9所示，在NPT Keypoint number文本框中输入1，在X，Y，Z Location in active CS文本框中依次输入0、0、0；点击Apply按钮，在NPT Keypoint number文本框中输入2，在X，Y，Z Locatio
14、n in active CS文本框中依次输入0.5、0、0；点击Apply按钮，在NPT Keypoint number文本框中输入3，在X，Y，Z Location in active CS文本框中依次输入1、0、0；点击Apply按钮，在NPT Keypoint number文本框中输入4，在X，Y，Z Location in active CS文本框中依次输入0、0.2、0；点击Apply按钮，在NPT Keypoint number文本框中输入5，在X，Y，Z Location in active CS文本框中依次输入0.4、0.2、0；点击Apply按钮，在NPT Keypoint
15、number文本框中输入6，在X，Y，Z Location in active CS文本框中依次输入0.6、0.2、0；点击Apply按钮，在NPT Keypoint number文本框中输入7，在X，Y，Z Location in active CS文本框中依次输入1、0.2、0；单击OK按钮关闭该对话框。图15-9 创建关键点对话框2、选择Main MenuPreprocessorModelingCreateAreasArbitraryThrough KPs命令，出现Create Area thru菜单，在文本框中输入1，2，5，4，单击Apply按钮，在文本框中输入2，3，7，6，单击OK按钮关闭该对话框。3、选择Utility MenuWorkPlaneChange Active CS to
