CAXA CAE 力、热耦合分析.docx

发动机力热耦合分析模型

这里将展示如何在小型双行程hobbyengine模型中进行热-应力耦合分析，以及如何设置正确设置热边界条件，以便预测热诱导应力变形。
这里将在发动机的圆柱壁内部区域施加等效热流来模拟燃烧产热效应。热分析还需在发动机块的末端施加已知座温度。这里唯一的应力边界条件来自固定螺栓的约束。程序会自动计算温度分布和其诱导产生的变形。当热变形收到拘束时会产生热应力，它们大多发生在发动机块周围。
许多传统的FEA工具进行热和应力耦合分析时，通常要首先进行热传分析得到温度分布，再在应力模型上覆盖温度结果从而得到热变形和热应力。这种隔离、分步的方法不仅不准确，而且若材料性质具有温度依赖性时，结果可能永远不收敛或不可能给出准确结果。CAXACAE通过同时求解热传和应力平衡，从而能够直接模拟这类耦合的问题。这样能对各种物理性进行同时、真实的模拟。
用户可自行改变内部热流强度，或在发动机块上添加散热片，观察它们对分析的影响。
模拟步骤：
打开CAXA3D实体设计，打开离心机的模型的2strokeEngine1.ics文件。

单击多物理FEA主工具条上的“添加FEA”键（），新建一个新的分析。在弹出的选择分析类型对话框中的分析类型选择“静态/稳态分析”，维度为“3D”。

之后会弹出MutiphysicsFEA的分析选项卡，选项卡的上半部分为有限元分析树状图，由此可观察分析的设置进度。分析树状图的下半部为各分析页。首先自动显示的是分析页面，我们在物理性部分勾选“应力”和“热”：

单击模型叶图，在FEA单位部分更改长度单位=cm，单位系统=SI，温度=C-Celsius。单击分析树图上模型叶图下的材料叶图，会在分析树图下方显示材料页面。开始材料页面使用默认材料，更改材料可以在类别下拉菜单选“碳钢”，名称选择“AISI1040退火碳钢”。用户可以单击“编辑材料”，观察、修改所选材料的线性性质。用户也可勾选材料页面的“非线性/各向异性”，此时单击“编辑材料”，可观察、修改所选材料的非线性性质：

如果编辑了材料性质，材料名称前会多出字母E，表示该材料已经过编辑（edited）。

单击约束叶，弹出约束页面：

单击应力部分的“位置和旋转”，为发动机螺栓处添加固定约束：

单击约束回到约束页面，单击“温度”，选中发动机的座部表面，设置温度为25摄氏度：

单击载荷-源叶，打开载荷-源页面：

单击“热通量”，选择模型内部的圆柱表面，更改热量输入值为“5”：

单击网格叶，单击网格页面的“生成网格”，在弹出的的网格生成对话框中的网格尺寸处输入“0.25”cm，单击“生成”：

得到的网格如下：

单击结果叶，打开结果页面，单击“分析”：

计算完成后单击结果页面上图解下的“图解设置”，弹出图解显示对话框：

在可用图解类型下拉菜单中选择“位移模量”，单击“确定”即可。用户也可从可用图解类型中输出其他结果。

用户也可单击结果页面的“动画比例”，观察模型的变形动画。动画比例使用一个假想的比例因子来夸张变形。如比例因子为1000，表示程序将显示当前计算结果变形量的1000倍来夸张变形情况，帮助用户了解模型的变化。单击“动画比例”后，程序自动将动画比例由1变至用户指定的比例因子，从而生成变形动画。用户可单击“保存AVI”按钮，保存变形动画。