07 热-结构耦合分析算例 (ANSYS).doc

07热－结构耦合分析算例(ANSYS)

在土木工程结构中，温度应力在很多情况下对结构的影响很大。很多时候需要先对结构进行热传导分析，得到结构内部的温度应力分布，再进行结构分析，得到由于温度产生的结构内力。ANSYS提供了很方便的热分析－结构分析切换工具，本节将以一个圆环的热应力分析为例，介绍ANSYS提供的相关功能。

首先进行热分析，进入ANSYS主菜单Preprocessor->ElementType->Add/Edit/Delete，选择添加单元为Quad4node55号热分析单元

进入ANSYS主菜单Preprocessor->MaterialProps->MaterialModels，添加热传导速率参数Thermal->Conductivity->Isotropic，设定热传导速率为0.07。添加力学属性Structural->Linear->Elastic->Isotropic，设定弹性模量为30e9，泊松比为0.2。添加热膨胀系数Structural->ThermalExpansion->SecantCoefficient->Isotropic，设定热膨胀系数为1e-5。
开始建立模型。还是按照ANSYS标准的点、线、面、体建立模型。首先建立关键点。在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Keypoints->InActiveCS，输入以下关键点信息
关键点编号X坐标Y坐标Z坐标10002500305048005080
下面开始建立弧线。在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Arcs->ByEndKPs&Rad，首先点选关键点2和3，然后点选中心点1，最后输入半径为5，生成第一个圆弧。接着点选关键点4和5，然后点选中心点，输入半径8。生成第二个圆弧
在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Lines->StraightLine，连接关键点2，4和3，5。组成圆环轮廓
在ANSYS主菜单Preprocessor->Modeling->Create->Arbitrary->ByLines，点选圆环周边轮廓线，生成圆环面。
下面划分网格，由于本模型只有一种单元一种材料，所以不必复杂的设置属性。进入ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->SizeCntrls->ManualSize->Global->Size，在GlobalElementSize窗口中设置单元尺寸为0.5。在ANSYS主菜单Preprocessor->Meshing->Mesh->Areas，点选圆环进行网格划分
下面首先进入热分析，进入ANSYS主菜单Solution->AnalysisType->NewAnalysis，设置分析类型为稳态分析Steady-state
输入热边界条件，进入ANSYS主菜单Solution->DefineLoads->Apply->Thermal->Temperature->OnLines，在直线1上加上1000度的温度荷载，如图所示，在直线2上加上20度的温度荷载。

进入ANSYS主菜单Solution->Solve->CurrentLS，计算当前结构的温度场分布。
进入ANSYS主菜单GeneralPostproc->PlotResults->ContourPlot->NodalSolu，绘制节点的温度荷载分布如图所示。

下面开始根据上面的热分析结果进行结构应力分析。进入ANSYS主菜单Preprocessor->ElementType->SwitchElemType，选择单元转换方式为从热分析向结构分析转换ThermaltoStruc

输入位移边界条件，进入ANSYS主菜单Solution->DefineLoads->Apply->Structural->Displacement->OnLines，在直线3上约束Y方向自由度，在直线4上约束X方向自由度。
最后将前面热分析的温度应力分布读入当前的分析工况，进入ANSYS主菜单Solution->DefineLoads->Apply->Structural->Temperature->FromThermAnaly，从前面的热分析结果(Jobname.rth)文件中读取热分析结果，如果设定的分析项目名称为case07的话，则热分析结果的文件名为case07.rth，如图所示。

进入ANSYS主菜单Solution->Solve->CurrentLS，计算当前结构的温度应力。
进入ANSYS主菜单GeneralPostproc->PlotResults->ContourPlot->NodalSolu