ANSYS流体与热分析第15章耦合场分析典型工程实例.docx

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1×1×0.2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-0645070000.3200930.910.86400930.910.86600750.760.69800520.560.51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15－1_start”——附带光盘“Ch15\实例15－1_end”——附带光盘“AVI\Ch15\15－1.avi”1、定义工作文件名选择UtilityMenu>File>ChangeJobname命令弹出ChangeJobname对话框在Enternewjobname后面的文本框中输入EXERCISE15-1选中Newloganderrorfiles复选框为Yes单击OK按钮。2、定义工作标题选择UtilityMenu>File>ChangeTitle命令弹出如图15-6所示的ChangeTitle对话框在Enternewtitle后面的文本框中输入thermalstressesinsectionsincludingweldingseam单击OK按钮。3、定义单元类型1、选择MainMenu>Preprocessor>ElementType>Add/Edit/Delete命令弹出ElementTypes对话框。单击Add按钮在弹出的LibraryofElementTypes对话框中在左面的列表栏中选择CoupledField、VectorQuad13选项在Elementtypereferencenumber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LibraryofElementTypes对话框。在ElementTypes对话框中点击Option按钮出现PLANE13elementtypeoptions对话框。在ElementdegreesoffreedomK1选项中选择UXUYTEMPAZ选项如图13-3所示。单击OK按钮关闭PLANE55elementtypeoptions对话框。点击Close按钮关闭ElementType对话框。图15-3单元分析选项对话框4、定义材料性能参数1、选择MainMenu>Preprocessor>MaterialProps>MaterialModels弹出DefineMaterialModelsBehavior对话框默认材料编号1点击对话框右侧的Thermal>Conductivity>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Structure>Thermal>Expansion>SecantCoefficient>Isotropic在弹出的对话框中输入线膨胀系数1.06e-5单击OK按钮关闭该对话框。点击对话框右侧的Structure>Density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Structure>Thermal>SpecificHeat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Structure>Linear>Elastic>Isotropic选项在弹出的对话框中单击AddTemperatur