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1、第第10讲讲 ANSYS瞬态热分析瞬态热分析西南交通大学材料学院稳态分析回顾稳态分析回顾10010010050010W/m.本讲介绍瞬态传热分析的知识，通过学习，使大家了本讲介绍瞬态传热分析的知识，通过学习，使大家了本讲介绍瞬态传热分析的知识，通过学习，使大家了本讲介绍瞬态传热分析的知识，通过学习，使大家了解瞬态传热分析，并能对简单的问题进行求解。解瞬态传热分析，并能对简单的问题进行求解。解瞬态传热分析，并能对简单的问题进行求解。解瞬态传热分析，并能对简单的问题进行求解。1、瞬态传热分析的定义、瞬态传热分析的定义2、瞬态热分析的单元及命令、瞬态热分析的单元及命令3、ANSYS瞬态热分析的主要步
2、骤瞬态热分析的主要步骤4、建模、建模5、加载求解、加载求解6、后处理、后处理7、相变问题、相变问题练习练习瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同。瞬态热分析中使用的单元与稳态热分析相同。学习内容学习内容瞬态分析步骤瞬态分析步骤n n建模建模n n加载求解加载求解n n后处理后处理瞬态热分析步骤一：建模 确定确定确定确定jobnamejobname、titletitle、units,units,进入进入进入进入PREP7PREP7；定义单元类型并设置选项；定义单元类型并设置选项；定义单元类型并设置选项；定义单元类型并设置选项；如果需要，定义单元实常数；如果需要，定义单元实常数；如果需要，定义单元
3、实常数；如果需要，定义单元实常数；定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度定义材料热性能：一般瞬态热分析要定义导热系数、密度及比热；及比热；及比热；及比热；建立几何模型；建立几何模型；建立几何模型；建立几何模型；对几何模型划分网格。对几何模型划分网格。对几何模型划分网格。对几何模型划分网格。瞬态热分析步骤二：加载求解a a、定义分析类型、定义分析类型、定义分析类型、定义分析类型 如果第一次进行分析，或重新进行分析如果第一次进行分析，或重新进行分析如果第一次进行分析，或重新进行分析如果第
4、一次进行分析，或重新进行分析GUI:GUI:Main Main MenuSolutionAnalysis MenuSolutionAnalysis TypeNew TypeNew Analysis Analysis TransientTransientCommand:ANTYPE,TRANSIENT,NEWCommand:ANTYPE,TRANSIENT,NEW瞬态热分析步骤二：加载求解a a、定义分析类型、定义分析类型、定义分析类型、定义分析类型 如果接着上次的分析继续进行（例如增加其它载荷）如果接着上次的分析继续进行（例如增加其它载荷）如果接着上次的分析继续进行（例如增加其它载荷）如果接着
5、上次的分析继续进行（例如增加其它载荷）GUI:Main MenuSolutionAnalysis TypeRestartGUI:Main MenuSolutionAnalysis TypeRestartCommand:ANTYPE,TRANSIENT,RESTCommand:ANTYPE,TRANSIENT,REST瞬态热分析步骤二：加载求解b b、获得瞬态热分析的初始条件、获得瞬态热分析的初始条件、获得瞬态热分析的初始条件、获得瞬态热分析的初始条件、定义均匀温度场、定义均匀温度场、定义均匀温度场、定义均匀温度场如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节点初始温度如果已知模型的起始温度是均匀
6、的，可设定所有节点初始温度如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节点初始温度如果已知模型的起始温度是均匀的，可设定所有节点初始温度Command:Command:TUNIFTUNIFGUI:Main Menu Solution-Loads-SettingsUniform TempGUI:Main Menu Solution-Loads-SettingsUniform Temp瞬态热分析步骤二：加载求解、定义均匀温度场、定义均匀温度场、定义均匀温度场、定义均匀温度场如如如如果果果果不不不不在在在在对对对对话话话话框框框框中中中中输输输输入入入入数数数数据据据据，则则则则默默默默认认认认为为为
7、为参参参参考考考考温温温温度度度度，参参参参考考考考温温温温度度度度的的的的值值值值默认为零，但可通过如下方法设定参考温度：默认为零，但可通过如下方法设定参考温度：默认为零，但可通过如下方法设定参考温度：默认为零，但可通过如下方法设定参考温度：Command:Command:TREFTREFGUI:Main Menu Solution-Loads-SettingsReference TempGUI:Main Menu Solution-Loads-SettingsReference TempGuidelines瞬态热分析步骤二：加载求解注注注注意意意意：设设设设定定定定均均均均匀匀匀匀的的的的
8、初初初初始始始始温温温温度度度度，与与与与如如如如下下下下的的的的设设设设定定定定节节节节点点点点的的的的温温温温度度度度(自自自自由由由由度度度度)不不不不同同同同Command:Command:DDGUI:GUI:Main Main Menu Menu Solution Solution -Loads-Loads-Apply Apply -Thermal-Thermal-Temperature On NodesTemperature On NodesGuidelines瞬态热分析步骤二：加载求解初初初初始始始始均均均均匀匀匀匀温温温温度度度度仅仅仅仅对对对对分分分分析析析析的的的的第第第第
9、一一一一个个个个子子子子步步步步有有有有效效效效；而而而而设设设设定定定定节节节节点点点点温温温温度度度度将将将将保保保保持持持持贯穿整个瞬态分析过程，除非通过下列方法删除此约束：贯穿整个瞬态分析过程，除非通过下列方法删除此约束：贯穿整个瞬态分析过程，除非通过下列方法删除此约束：贯穿整个瞬态分析过程，除非通过下列方法删除此约束：Command:Command:DDELEDDELEGUI:GUI:Main Main Menu Menu Solution-Loads-Delete-Thermal-Temperature Solution-Loads-Delete-Thermal-Temperatu
10、re On Nodes On Nodes瞬态热分析步骤二：加载求解、设定非均匀的初始温度、设定非均匀的初始温度、设定非均匀的初始温度、设定非均匀的初始温度在瞬态热分析中，节点温度可以设定为不同的值：在瞬态热分析中，节点温度可以设定为不同的值：在瞬态热分析中，节点温度可以设定为不同的值：在瞬态热分析中，节点温度可以设定为不同的值：Command:Command:ICICGUI:GUI:Main Main Menu Menu SolutionLoadsApply-Initial SolutionLoadsApply-Initial Conditn Conditn DefineDefineGuide
11、lines瞬态热分析步骤二：加载求解如如如如果果果果初初初初始始始始温温温温度度度度场场场场是是是是不不不不均均均均匀匀匀匀的的的的且且且且又又又又是是是是未未未未知知知知的的的的，就就就就必必必必须须须须首首首首先先先先作作作作稳稳稳稳态态态态热热热热分分分分析析析析确确确确定定定定初初初初始始始始条条条条件：件：件：件：设设设设定定定定载载载载荷荷荷荷（如如如如已已已已知知知知的的的的温温温温度、热对流等）度、热对流等）度、热对流等）度、热对流等）将将将将时时时时间间间间积积积积分分分分设设设设置置置置为为为为OFFOFF：Command:TIMINT,OFFCommand:TIMINT,
12、OFFGUI:GUI:Main Main Menu Menu Preprocessor Preprocessor Loads-Loads-Load Load Step Step Opts-Opts-Time/Frequenc Time/Frequenc Time Time IntegrationIntegration瞬态热分析步骤二：加载求解 设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如设定一个只有一个子步的，时间很小的载荷步（例如0.0010.001）：Command:TIMECommand:TIM
13、EGUI:GUI:Main Main Menu Menu PreprocessorLoads-Load PreprocessorLoads-Load Step Step Opts-Opts-Time/Frequenc Time and SubstpsTime/Frequenc Time and Substps瞬态热分析步骤二：加载求解 写入载荷步文件：写入载荷步文件：写入载荷步文件：写入载荷步文件：Command:Command:LSWRITELSWRITEGUI:Main Menu PreprocessorLoadsWrite LS FileGUI:Main Menu Preprocesso
14、rLoadsWrite LS File或先求解：或先求解：或先求解：或先求解：Command:Command:SOLVESOLVEGUI:Main Menu SolutionSolveCurrent LSGUI:Main Menu SolutionSolveCurrent LS注注注注意意意意：在在在在第第第第二二二二载载载载荷荷荷荷步步步步中中中中，要要要要删删删删去去去去所所所所有有有有设设设设定定定定的的的的温温温温度度度度，除除除除非非非非这这这这些些些些节节节节点点点点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。的温度在瞬态分析与稳态分析相同。的温度在瞬态分析与稳态分析相同。的温度在瞬态分析与稳
15、态分析相同。瞬态热分析步骤二：加载求解c c、设定载荷步选项、设定载荷步选项、设定载荷步选项、设定载荷步选项、普通选项、普通选项、普通选项、普通选项n n时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：Command:TIMECommand:TIMEGUI:GUI:Main Main Menu Menu Solution-Load Solution-Load Step Step Opts-Time/Frequenc Opts-Time/Frequenc Time and Substp
16、sTime and Substps瞬态热分析步骤二：加载求解 写入载荷步文件：写入载荷步文件：写入载荷步文件：写入载荷步文件：Command:Command:LSWRITELSWRITEGUI:Main Menu PreprocessorLoadsWrite LS FileGUI:Main Menu PreprocessorLoadsWrite LS File或先求解：或先求解：或先求解：或先求解：Command:Command:SOLVESOLVEGUI:Main Menu SolutionSolveCurrent LSGUI:Main Menu SolutionSolveCurrent L
17、S注注注注意意意意：在在在在第第第第二二二二载载载载荷荷荷荷步步步步中中中中，要要要要删删删删去去去去所所所所有有有有设设设设定定定定的的的的温温温温度度度度，除除除除非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。非这些节点的温度在瞬态分析与稳态分析相同。瞬态热分析步骤二：加载求解c c、设定载荷步选项、设定载荷步选项、设定载荷步选项、设定载荷步选项、普通选项、普通选项、普通选项、普通选项n n时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：时间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：时
18、间：本选项设定每一载荷步结束时的时间：Command:TIMECommand:TIMEGUI:GUI:Main Main Menu Menu Solution-Load Solution-Load Step Step Opts-Time/Frequenc Opts-Time/Frequenc Time and SubstpsTime and Substps瞬态热分析步骤二：加载求解c c、设定载荷步选项、设定载荷步选项、设定载荷步选项、设定载荷步选项、普通选项、普通选项、普通选项、普通选项n n每个载荷步的载荷子步数，或时间增量每个载荷步的载荷子步数，或时间增量每个载荷步的载荷子步数，或时间增
19、量每个载荷步的载荷子步数，或时间增量对对对对于于于于非非非非线线线线性性性性分分分分析析析析，每每每每个个个个载载载载荷荷荷荷步步步步需需需需要要要要多多多多个个个个载载载载荷荷荷荷子子子子步步步步。时时时时间间间间步步步步长长长长的的的的大大大大小小小小关关关关系系系系到到到到计计计计算算算算的的的的精精精精度度度度。步步步步长长长长越越越越小小小小，计计计计算算算算精精精精度度度度越越越越高高高高，同同同同时时时时计计计计算算算算的的的的时时时时间间间间越越越越长长长长。根根根根据据据据线线线线性性性性传传传传导导导导热热热热传传传传递递递递，可可可可以以以以按按按按如如如如下公式估计初始
20、时间步长：下公式估计初始时间步长：下公式估计初始时间步长：下公式估计初始时间步长：ITSITS=2 2/4/4其其其其中中中中 为为为为沿沿沿沿热热热热流流流流方方方方向向向向热热热热梯梯梯梯度度度度最最最最大大大大处处处处的的的的单单单单元元元元的的的的长长长长度度度度，为为为为导导导导温温温温系系系系数数数数，它它它它等等等等于于于于导导导导热热热热系系系系数数数数除除除除以以以以密密密密度度度度与与与与比比比比热热热热的的的的乘乘乘乘积积积积（k/ck/c)。Command:NSUBST or DELTIMCommand:NSUBST or DELTIMGUI:GUI:Main Main
21、 Menu Menu Solution-Load Solution-Load Step Step Opts-Opts-Time/Frequenc Time and SubstpsTime/Frequenc Time and Substps瞬态热分析步骤二：加载求解如如如如果果果果载载载载荷荷荷荷在在在在这这这这个个个个载载载载荷荷荷荷步步步步是是是是恒恒恒恒定定定定的的的的，需需需需要要要要设设设设为为为为阶阶阶阶越越越越选选选选项项项项；如如如如果果果果载载载载荷荷荷荷值随时间线性变化，则要设定为渐变选项：值随时间线性变化，则要设定为渐变选项：值随时间线性变化，则要设定为渐变选项：值随时间线
22、性变化，则要设定为渐变选项：Command:KBCCommand:KBCGUI:GUI:Main Main Menu Menu Solution-Load Solution-Load Step Step Opts-Opts-Time/Frequenc Time/Frequenc Time and SubstpsTime and SubstpsGuidelines瞬态热分析步骤二：加载求解、非线性选项、非线性选项、非线性选项、非线性选项n n迭迭迭迭代代代代次次次次数数数数：每每每每个个个个子子子子步步步步默默默默认认认认的的的的次次次次数数数数为为为为2525，这这这这对对对对大大大大多多多多
23、数数数数非非非非线线线线性性性性热热热热分分分分析已经足够。析已经足够。析已经足够。析已经足够。Command:NEQITCommand:NEQITGUI:GUI:Main Main Menu Menu Solution-Load Solution-Load step step opts opts Nonlinear Nonlinear Equilibrium IterEquilibrium Iter瞬态热分析步骤二：加载求解、非线性选项、非线性选项、非线性选项、非线性选项n n自自自自动动动动时时时时间间间间步步步步长长长长：本本本本选选选选项项项项为为为为ONON时时时时，在在在在求求求求
24、解解解解过过过过程程程程中中中中将将将将自自自自动动动动调调调调整整整整时时时时间步长。间步长。间步长。间步长。Command:AUTOTSCommand:AUTOTSGUI:GUI:Main Main Menu Menu Solution-Load Solution-Load Step Step Opts-Opts-Time/Frequenc Time/Frequenc Time and SubstpsTime and Substps瞬态热分析步骤二：加载求解、非线性选项、非线性选项、非线性选项、非线性选项n n时间积分效果：时间积分效果：时间积分效果：时间积分效果：如果将此选项设定为如果将
25、此选项设定为如果将此选项设定为如果将此选项设定为OFFOFF，将进行稳态热分析。，将进行稳态热分析。，将进行稳态热分析。，将进行稳态热分析。Command:TIMINTCommand:TIMINTGUI:GUI:Main Main Menu Menu Solution-Load Solution-Load Step Step Opts-Opts-Time/Frequenc Time/Frequenc Time IntegrationTime Integration瞬态热分析步骤二：加载求解、输出选项、输出选项、输出选项、输出选项 控控控控制制制制打打打打印印印印输输输输出出出出：本本本本选选选
26、选项项项项可可可可将将将将任任任任何何何何结结结结果果果果数数数数据据据据输输输输出出出出到到到到*.out*.out 文件中文件中文件中文件中Command:OUTPRCommand:OUTPRGUI:GUI:Main Main MenuSolution-Load MenuSolution-Load Step Step Opts-Output Opts-Output CtrlsSolu CtrlsSolu PrintoutPrintout瞬态热分析步骤二：加载求解、输出选项、输出选项、输出选项、输出选项 控制结果文件：控制结果文件：控制结果文件：控制结果文件：控制控制控制控制*.rth*.r
27、th的内容的内容的内容的内容Command:OUTRES Command:OUTRES GUI:GUI:Main Main MenuSolution-Load MenuSolution-Load Step Step Opts-Output Opts-Output Ctrls Ctrls DB/Results FileDB/Results File、存盘求解、存盘求解、存盘求解、存盘求解瞬态热分析步骤三：后处理ANSYSANSYS提供两种后处理方式：提供两种后处理方式：提供两种后处理方式：提供两种后处理方式：POST1POST1，可可可可以以以以对对对对整整整整个个个个模模模模型型型型在在在在某
28、某某某一一一一载载载载荷荷荷荷步步步步（时时时时间间间间点点点点）的结果进行后处理；的结果进行后处理；的结果进行后处理；的结果进行后处理；Command:POST1Command:POST1GUI:Main MenuGeneral Postproc.GUI:Main MenuGeneral Postproc.POST26POST26，可可可可以以以以对对对对模模模模型型型型中中中中特特特特定定定定点点点点在在在在所所所所有有有有载载载载荷荷荷荷步步步步（整整整整个瞬态过程）的结果进行后处理。个瞬态过程）的结果进行后处理。个瞬态过程）的结果进行后处理。个瞬态过程）的结果进行后处理。Command
29、:POST26Command:POST26GUI:Main MenuTimeHist PostprocGUI:Main MenuTimeHist Postproc瞬态热分析步骤三：后处理1 1、用、用、用、用POST1POST1进行后处理进行后处理进行后处理进行后处理 进进进进入入入入POST1POST1后后后后，可可可可以以以以读读读读出出出出某某某某一一一一时时时时间间间间点点点点的的的的结果：结果：结果：结果：Command:SETCommand:SETGUI:GUI:Main Main MenuGeneral MenuGeneral PostprocRead PostprocRead
30、ResultsBy ResultsBy Time/FreqTime/Freq如如如如果果果果设设设设定定定定的的的的时时时时间间间间点点点点不不不不在在在在任任任任何何何何一一一一个个个个子子子子步步步步的的的的时时时时间间间间点点点点上上上上，ANSYSANSYS会进行线性插值。会进行线性插值。会进行线性插值。会进行线性插值。此外还可以读出某一载荷步的结果：此外还可以读出某一载荷步的结果：此外还可以读出某一载荷步的结果：此外还可以读出某一载荷步的结果：GUI:GUI:Main Main MenuGeneral MenuGeneral PostprocRead PostprocRead Res
31、ultsBy ResultsBy Load StepLoad Step然然然然后后后后就就就就可可可可以以以以采采采采用用用用与与与与稳稳稳稳态态态态热热热热分分分分析析析析类类类类似似似似的的的的方方方方法法法法，对对对对结结结结果果果果进进进进行行行行彩彩彩彩色色色色云云云云图图图图显显显显示示示示、矢矢矢矢量量量量图图图图显显显显示示示示、打打打打印印印印列列列列表表表表等等等等后后后后处理。处理。处理。处理。瞬态热分析步骤三：后处理2 2、用、用、用、用POST26POST26进行后处理进行后处理进行后处理进行后处理 首先要定义变量：首先要定义变量：首先要定义变量：首先要定义变量：Co
32、mmand:NSOL or ESOL or RFORCECommand:NSOL or ESOL or RFORCEGUI:Main MenuTimeHist PostprocDefine VariablesGUI:Main MenuTimeHist PostprocDefine Variables瞬态热分析步骤三：后处理 然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线：然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线：然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线：然后就可以绘制这些变量随时间变化的曲线：Command:PLVARCommand:PLVARGUI:Main MenuTimeHist PostprocG
33、raph VariablesGUI:Main MenuTimeHist PostprocGraph Variables瞬态热分析步骤三：后处理或列表输出：或列表输出：或列表输出：或列表输出：Command:PRVARCommand:PRVARGUI:Main MenuTimeHist PostprocList VariablesGUI:Main MenuTimeHist PostprocList Variables此此此此外外外外，POST26POST26还还还还提提提提供供供供许许许许多多多多其其其其它它它它功功功功能能能能，如如如如对对对对变变变变量量量量进进进进行行行行数数数数学学学学操
34、操操操作作作作等等等等，请参阅请参阅请参阅请参阅ANSYS Basic Analysis Procedures GuideANSYS Basic Analysis Procedures Guide实例实例n n长和宽均为长和宽均为2000mm2000mm，厚为，厚为100mm100mm，初始温度为，初始温度为2020的钢板，放入温度为的钢板，放入温度为11201120的加热炉内加热，的加热炉内加热，其表面传热系数为其表面传热系数为125W/(m125W/(m2 2.)，钢板的比热容为，钢板的比热容为460J/kg.460J/kg.，密度，密度7850kg/m7850kg/m3 3，热导率为，热导率为50W/(m.50W/(m.)，计算钢板温度达到，计算钢板温度达到750750时所经历的时间以及钢时所经历的时间以及钢板的温度场分布。板的温度场分布。2000100