ЛР6 - Стационарный тепловой анализ

Лабораторная работа №6

СТАЦИОНАРНЫЙ ТЕПЛОВОЙ АНАЛИЗ

Цель работы: провести стационарный тепловой анализ конструкции (рис. 23)

Тип анализа	Нелинейный тепловой расчет конструкции
Тип используемого конечного элемента	Двумерный твердотельный (Solid)
Тип граничных условий	Конвекция
Возможности	Задание теплопроводности как функции температуры, построение графиков по произвольно заданному пути, получение графика температур и теплового потока

Р Рис. 23

Порядок выполнения работы:

1. Определяем тип анализа:

MAIN MENU => PREFERENCES…=> THERMAL => ОК (тепловой расчет).

2. Выбираем тип используемого элемента, задаём его толщину и определяемся со свойствами материала:

1. Выбираем конечный элемент – MAIN MENU => PREPROCESSOR => ELEMENT TYPE => ADD/EDIT/DELETE… => ADD… => THERMAL SOLID QUAD 4 NODE 55 => OK => CLOSE.

Задаем материал:

M .M.=> PREPROCESSSOR => MATERIAL PROPS => MATERIAL MODELS. Затем, следуя цифрам на рисунке 21, выполняем действия:

1. Д

   1

   2

   войным нажатием мыши на указанные папки выполните: THERMAL => CONDUCTIVITY => ISOTROPIC. В окне CONDUCTIVITY FOR MATERIAL NUMBER 1 нажимаем три раза на кнопку ADD TEMPERATURE и в полях TEMPERATURES задайте: 20, 40, 60, 100; в полях KXX задайте 30, 35, 55, 95.

2. Аналогично раскрываем DENSITY и в поле DENS задаем 7800 кг/м³.

3. Строим деталь (рис. 25):

А. Прямоугольник со сторонами 0.5 и 0.75 метра:

M .M. => PREFERENCES => –MODELING– CREATE => –AREAS– RECTANGLE => BY DIMENSIONS… и задаем координаты X1, X2 и Y1, Y2 равные 0, 0.5 и 0, 0.75 соответственно. Нажимаем ОК.

Б. Окружность радиусом 0.1 метра, с координатами центра окружности 0.25, 0.15 по оси OX и OY:

M. M. => PREFERENCES => –MODELING– CREATE => –AREAS– CIRCLE => SOLID CIRCLE далее задаем указанные координаты и радиус и нажимаем ОК.

В. Окружность радиусом 0.1 метра, с координатами центра окружности 0.25, 0.6 по оси OX и OY:

M. M. => PREFERENCES => –MODELING– CREATE => –AREAS– CIRCLE => SOLID CIRCLE далее задаем указанные координаты и радиус и нажимаем ОК.

4. Создаем конструкцию посредством логического вычитания геометрических объектов (рис. 25):

M. M. => PREFERENCES => –MODELING– OPERATE => –BOOLEANS– SUBTRACT => AREAS, затем нажимаем на прямоугольник 1 и на ОК, далее нажимаем сначала на окружность 2, потом 3, потом ОК.

5. Разбиваем конструкцию на конечные элементы рис. 26:

А

1

. Задаем средний размер грани конечных элементов:

M. M. => PREFERENCES => –MESHING– SIZE CNTRLS => –MANUAL SIZE– –GLOBAL– SIZE и переменной SIZE присваиваем значение 0.025, нажимаем ОК.

Б. Проводим разбиение:

M.M. => PREFERENCES => –MESHING– MESH => –AREAS– FREE => PICK ALL.

5. Задаем граничные условия рис. 26:

А. Задаем температуру окружающей среды, контактирующую с линией 1: M.M. => SOLUTION => –LOADS– APPLY => CONVECTION => ON LINES и нажимаем на данную линию, потом ОК. В окне, переменной VALI и VAL2I присваиваем значение 20 и нажимаем ОК.

Б. Задаем температуру, действующую на линию 2:
M.M. => SOLUTION=> –LOADS– APPLY => CONVECTION => ON LINES и нажимаем на данную линию, потом ОК. В окне, переменной VALI и VAL2I присваиваем значение 110 и нажимаем ОК.

В. Определяем величину шага:

M

2

.M. => SOLUTION => –LOAD STEP OPTS– TIME/FREQUENC => TIME AND SUBSTPS и в окне задаем переменным TIME и NSUBST значение 1 и нажимаем ОК.

6. Проводим расчет:

M
.M. => SOLUTION => –SOLVE– CURRENT LS => OK.

7. Просматриваем результаты:

А. Картины распределения температуры:

M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => –CONTOUR PLOT– NODAL SOLU => DOF SOLUTION => OK.

Б. График температуры на заданном пути:

1. Задаем путь, например:

M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS=> PATH OPERATIONS=> DEFINE PATH => BY NODES выделяем два узла на противоположных сторонах конструкции (рис. 27), где 1 – начало пути и 2 – его конец, и нажимаем ОК, переменной NAME присваиваем имя, например TEMP, и нажимаем ОК.

б) Определяем, что выводить на графике:

M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => PATH OPERATIONS => MAP ONTO PATH…, где выбираем PDEF значение DOF SOLUTION и переменной /PBC устанавливаем галочку YES и нажимаем ОК.

в) Вводим в M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => PATH OPERATIONS => –PLOT PATH ITEM– ON GRAPH выбираем заданное имя пути TEMP и нажимаем ОК, в результате выводим график изображенный на рисунке 28.

В. График величины теплового потока по заданному пути:

1. Определяем, что выводить на графике:

M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => PATH OPERATIONS => MAP ONTO PATH…, где выбираем PDEF значение FLUX & GRADIENT, THERMAL FLUX TFSUM и нажимаем ОК.

1. В
   водим в M.M. =>GENERAL POSTPROC =>PLOT RESULTS =>PATH OPERATIONS =>– PLOT PATH ITEM– ON GRAPH выбираем TFSUM и нажимаем, ОК. В результате получаем график представленный на рисунке 29.

Содержание отчета: краткие теоретические сведения, подробное описание всех шагов расчета с

помощью ANSYS при проведении теплового анализа, рисунки состояния детали после приложения нагрузок. Выводы.