Возможности ANSYS (1050650), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Анализ может быть линейным илинелинейным.В линейном установившемся процессетеплопередачи отсутствует влияние “тепловых”масс (удельных теплоемкостей) и не учитываетсязависимость теплофизических свойств материалаот температуры (рис. 27). Производнаятемпературы по времени {T} равна нулю, акоэффициентыматрицыэффективнойтеплопроводности постоянны. В этом случаеразрешающее уравнение приводится к виду:[K]{T} = {Q}.Рис.
26Средства кинематического анализа программыANSYS, учитывающие деформируемость звеньевмеханизма, можно использовать для расчетасложных конструкций, типа изображенного нарисунке экскаватора.Тепловой анализВпрограммеANSYSреализованырасчетные средства для трех видов теплообмена:кондуктивного, конвективного (свободного ивынужденного) и радиационного. Эти средстваиспользуются при проведении стационарного,нестационарного, линейного или нелинейноготеплового анализа.Для конечно-элементного представлениясистемы разрешающее уравнение процессатеплопередачи имеет вид:[C]{T} + [K]{T} = {Q},гдеПредставительство CAD-FEM GmbH в СНГТел.
(7-095) 913-23-00, 468-81-75Эта системалинейныхсовместныхуравнений решается за одну итерацию,применяетсядлярасчетапроцессовкондуктивного и линейного конвективногопереноса тепла.В нелинейном стационарном анализетеплопередачи не рассматриваются эффекты,зависящие от времени (отсутствуют “тепловые”массы). Однако теплофизические свойстваматериалов(включаяикоэффициентконвективной теплоотдачи с поверхности) могутменяться с температурой; кроме того, можетиметь место лучистый теплообмен.Механизм радиационного теплообменаописывается тремя различными способами.
Длямоделирования переноса тепла излучением междудвумя точками пространства используетсялинейный радиационный конечный элемент. Дляописания радиационного теплообмена междуповерхностью и точкой используется конечныйэлемент поверхностного излучения. При решениизадач, относящихся к нескольким поглощающими излучающим поверхностям, используетсяматричный генератор. В последнем случаеимеется возможность учесть полное илиОфис 1703, 77, Щелковское шоссе, Москва, 107497, РоссияФакс 913-23-00e-mail: cadfem@online.ru34Перевод и редактирование Б.Г. Рубцова, оформление Л.П. Остапенкочастичное перекрытие поверхностей, также как изадать узел в пространстве, который поглощаетили излучает энергию. В общем случае переносатепла излучением плотность радиационноготеплового потока {Q}является функцией скорееT4 , чем T, т.е.
характер процесса явнонелинейный.Внелинейноманализематрицатеплопроводностиявляетсяфункциейтемпературы, и решение задачи достигаетсяприменением итераций. В программе ANSYSитеративная процедура имеет своей основойметод Ньютона-Рафсона, который предполагаетрешение последовательности линейных задач дляполучения нелинейного приближения. Такимобразом,уравнениедлянелинейнойстационарной задачи теплопроводности имеетвидРис. 27[K] i {∆T} i+1 = {QA} - {QNR}i ,где i - номер итерации.
Это уравнение на первойитерации решается при некоторой начальнойтемпературе (которая может быть заданапользователем); в последующих итерациях длявычислениякоэффициентовматрицытеплопроводностииспользуются значениятемператур,полученныенапредыдущейитерации. Процесс итераций продолжается, покане достигается сходимость решения, т.е. пока небудет выполнен установленный пользователемкритерийсходимости.Сходимостьконтролируется по величине невязки векторанагрузок (потока тепла) и/или по изменениютемпературы от итерации к итерации.Результаты решения, для линейного инелинейного анализа, представляют собойзначения температуры и плотности тепловогопотока в узлах.
Эти данные могут бытьиспользованы при постпроцессорной обработкедля построения картины изотерм в расчетноймодели.Средствапостпроцессораможноиспользоватьдляполучениятакойспецифической информации, как значениятемпературных градиентов или потоков в узлах ив центре элемента, а также плотность тепловогопотокачерезповерхностиизлучения(поглощения).Информациявыводитсявтабличной или графической форме.Представительство CAD-FEM GmbH в СНГТел. (7-095) 913-23-00, 468-81-75Температурное поле, обусловленное разогревомпри проскальзывании приводного ремня позаклиненному шкиву, получено с помощьюдвумерного теплового анализа.
Более темныеобласти (вверху справа) соответствуютмаксимуму температур.Нестационарный процессНестационарныйтепловойанализиспользуется для получения распределениятемпературы в конструкции как функции времении для определения тепловых потоков припередаче и аккумулировании тепла в системе.Нестационарная теплопроводность имеет дело слинейными и нелинейными задачами. Видытепловых нагрузок и учитываемых нелинейностейтакие же, как и в случае стационарнойтеплопроводности.
Для расчета аккумулируемогов системе тепла используется удельнаятеплоемкость, которая вводится как свойствоматериала.Для решения нестационарной задачиразрешающее уравнение[C] {T} + [K]{T} = {Q},содержащееслагаемое,ответственноезааккумулированиетепла,следуетпроинтегрировать по времени.Эта процедура выполняется с помощьюметодатета-интегрированияКрэнкаНикольсона/Эйлера в конечном числе точекинтервала. Разность между значениями времени всоседних точках представляет собой шаг повремени и задается пользователем.
Принеобходимости шаг можно менять. Можноиспользоватьпроцедуруавтоматическогоувеличения или уменьшения шага в зависимостиот получаемых результатов.Послеполучениярешенияможноиспользоватьстадиюпостпроцессорнойобработкидляпостроениякартиныраспределения температур и вывода в табличнойили графической форме различной информации(температурные градиенты, плотности тепловогоОфис 1703, 77, Щелковское шоссе, Москва, 107497, РоссияФакс 913-23-00e-mail: cadfem@online.ruВозможности программыпотока и т.п.) для любого момента временинестационарного процесса. Кроме того, длявыбранных точек модели можно получитьграфики зависимости температуры от времени идругие выходные данные.Фазовые превращенияАнализфазовыхпревращенийпредставляет собой особый вид тепловогонестационарногоанализа,прикотороммоделируется затвердевание или расплавлениематериала в процесса теплообмена.
Этот виданализа с успехом может использоваться вомногих приложениях, относящихся, например, ктехнологии непрерывной разливки металла илипроцессам в установках для преобразованиясолнечной энергии.При фазовом анализе требуется учитыватьэнергию (скрытую теплоту), которая выделяетсяили поглощается при фазовых превращениях. Впрограмме ANSYS это осуществляется заданиемэнтальпии материала как функции температуры(рис. 28).Так как этальпия является сравнительногладкой функцией температуры (по сравнению степлоемкостью), то ее использование ускоряетсходимость решения. Кроме того, в этом случаепроще обнаружить фазовое превращение дажепри большом шаге по времени, тогда как прииспользовании функции теплоемкости для учетаскрытой теплоты факт перехода обнаружитьтруднее.В программе ANSYS для выполненияфазового анализа используются такие жерасчетные средства, как и для других видовнестационарноготеплообмена.Дляпостпроцессорнойобработкидоступнырезультаты решения в виде температуры иплотности теплового потока в узлах.
Кроме того,можно получить границу раздела “твердая фазажидкая фаза” за счет сужения значенийразделяемых температур в области фазовогоперехода.Анимационныевозможностипрограммы ANSYS позволяют показать сериютаких границ (в разные моменты времени), чтобывизуализировать картину фазового перехода.Программа ANSYS при анализе фазовыхпревращений учитывает скрытую теплоту спомощьюзависимосити“энтальпиятемпература”.Термо-прочностной анализСредства термо-прочностного анализапрограммы ANSYS позволяют использоватьрезультаты решения задачи теплообмена дляпроведенияпрочностногоанализа.Такаявозможность удобна при определении влияниятемпературного поля на прочность конструкции.Пользователь может задать тепловую нагрузкуотдельно или в совокупности с механическиминагрузками.В программе ANSYS доступны два способасвязывания теплового и прочностного анализов.Первый состоит в том, что эти два анализаделаются друг за другом. Сначала получаюттемпературное поле в модели для заданныхграничных условий теплообмена.
Значениятемператур затем используются в виде нагрузокна стадиях препроцессорной подготовки иполучениярешенияприпоследующемпрочностном анализе.Второйспособпредусматриваетпроведение совместного термо-прочностногорешения. В программе ANSYS это достигаетсяиспользованием конечных элементов связаннойзадачи, которые имеют как тепловые, так ипрочностные степени свободы. Из этих элементовсоздается расчетная модель и задаются тепловыеи механические граничные условия. На каждойитерации выполняется решение тепловой ипрочностной задач с использованием значенийтемператур и перемещений, полученных напредыдущей итерации. Имеется возможностьвводить в расчетную модель контактныеэлементы общего типа. Эти элементы допускаюттеплопередачу через поверхность контакта.
Кактолько контактные поверхности смыкаются,становится возможным процесс теплообмена.С помощью процедуры совместногорешения возможно объединить такие сложныезадачи теплообмена и расчета на прочность, какнестационарныйтепловойинелинейныйдинамический анализы. Например, такой подходможноиспользоватьдляанализабиметаллической полосы, которая при нагреваниииспытывает деформации как тепловой, так имеханической природы. В этом случае из-заразличиятемпературныхкоэффициентоврасширения двух металлов возможно появлениебольших геометрических деформаций, что можетсказаться на величине коэффициентов матрицытеплопроводности.Анализ электромагнитныхполейРис. 28Представительство CAD-FEM GmbH в СНГТел. (7-095) 913-23-00, 468-81-75Средства анализа электромагнитных полей,реализованные в программе ANSYS, доступнылибо в виде автономного пакета (ANSYS/Emag),либо в составе многоцелевой программы ANSYSОфис 1703, 77, Щелковское шоссе, Москва, 107497, РоссияФакс 913-23-00e-mail: cadfem@online.ru36Перевод и редактирование Б.Г.
Рубцова, оформление Л.П. Остапенко/Multiphysics и могут использоваться дляисследованияразличныхпроявленийэлектромагнетизма, как, например, самоиндукция,плотность магнитного потока, распределениесиловых линий магнитного поля, потериэлектрической мощности и другие родственныеявления. Эти средства эффективны при анализетаких устройств, как соленоиды (катушкииндуктивности),магнитныепускатели,электродвигатели,источникипостоянныхмагнитныхполей,трансформаторы,электромагниты, ускорители, устройства длясоздания плазмы и магнитной левитации,смесители,индукционныенагреватели,электролизеры,атакжесредстванеразрушающего контроля. Программа ANSYSрасполагает возможностями для решения проблеммикроволновой техники (расчет волноводов,резонаторов и антенн).Доступны три типа электромагнитногоанализа:• двумерные плоские, осесимметричные итрехмерныестационарныеэлектромагнитные поля;• двумерные плоские, осесимметричные итрехмерные низкочастотные переменныеэлектромагнитные поля;• трехмерныевысокочастотныеэлектромагнитные поля.Используемая в программе ANSYSконечно-элементнаяформулировкарассматриваемого вида анализа основана науравнениях Максвелла для электромагнитныхполей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
