Конечно-элементное моделирование тепловых процессов в программной среде ANSYS (1077327), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Остальные области образуются внутреннимиконтурами согласно расчетной схеме.Из первой области вычитаем внутренние области с помощью команды:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Оperate -> Booleans - Subtract -> AreasВ итоге имеем:Шаг 2 – задание свойств материалаВыполняем команду:Main Menu: Preprocessor -> Material Props -> Constant - IsotropicКоэффициент теплопроводности (Thermal conductivity KXX) равен 50 Вт/(м ºС), теплоемкость (Specific heat C) равна 500 Дж/(кг ºС), плотность (Density DENS) равна 7000 кг/м3.Шаг 3 – разбиение области на конечные элементыВыбираем тип конечного элемента:Main Menu: Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/DeleteВ разделе Thermal Solid выбираем конечный элемент Triangl 6node (треугольный 6-и узловой).
В списке типов конечных элементов появится PLANE35.Разбиваем область на конечные элементы:Main Menu: Preprocessor ->Mesh Tool…В меню Mesh Tool активизируем опцию Smart Size и устанавливаем значение 4. В окнеGraphics имеем:Шаг 4 – задание начальных и граничных условийДля задания начального условия выполняем команду:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal-Temperature -> UniformTemp …Появится меню, в котором можно задать начальную температуру 20 ºС:В поле Uniform temperature задаем значение 20, нажимаем OK.Прикладываем граничное условие второго рода к линиям:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal- Heat Flux -> On LinesНа одной линии внешнего контура согласно расчетной схеме задаем тепловой поток 100000Вт/м2, а на остальных – 0.Прикладываем граничное условие третьего рода к линиям:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal- Convection -> On LinesКоэффициент теплоотдачи (Film coefficient) равен 25 Вт/(м2 ºС), температура окружающейсреды (Bulk temperature) – 20 ºС.Замечание: в нестационарных тепловых задачах кроме граничных условий также необходимо задавать начальные условия.Шаг 5 – решениеЗадаем тип анализа:Main Menu: Solution –> -Analysis Type – New Analysis …Появится меню, в котором можно указать тип анализа:С помощью мыши устанавливаем опцию Transient – нестационарный анализ, нажимаем OK.Появится меню Transient Analysis, в котором также нажимаем OK.Задаем временные параметры анализа:Main Menu: Solution –> -Load Step Opts – Time/Frequenc -> Time – Time Step ..Появится меню, в котором можно указать временные параметры анализа:В поле [TIME] Time at end of load step задаем значение 10000, т.е.
время расчета равно10000с. В поле [DELTIM] Time step size задаем значение 10, т. е. временной шаг равен 10с.Устанавливаем режим записи результатов расчета в файл (на каждом шаге)Main Menu: Solution ->-Load Step Opts-Output Ctrls DB/Results FileВ выпавшем меню помечаем «Every substep»Выполняем команду расчета:Main Menu: Solution -> -Solve - Current LSЗамечание: если пользователь не задает явно временной шаг, то программа устанавливаетзначение “по умолчанию”.Шаг 6 – просмотр результатов ( с анимацией)Main Menu: General Postproc-Read Results - First SetUtility Menu: Plot - ElementsUtility Menu: PlotCtrls - Style - Contours -Uniform ContoursВ выпавшем окне выбираем количество контуров (Number of countours) – 5, и интервал между контурами, рассчитываемым автоматически (Auto calculated)Utility Menu: PlotCtrlsAnimateOver TimeВводим число анимационных кадров (number of animination frames ) - 50»Получаем изменение температурного поля во времени.Задание 6Тип анализа: трехмерный стационарный тепловой анализ, совмещенный с анализом напряженно-деформированного состояния.Цель анализа: рассчитать поле температур и напряжений / перемещений в теле.Типы граничных условий: тепловое граничное условие первого и третьего рода; кинематическое граничное условие (известные узловые перемещения).Расчетная схема:Шаг 1 – построение геометрической моделиЗадаем ключевые точки:Main menu: Preprocessor -> Modeling-Create->Keypoints->On Working PlaneСписок пар значений координат:0,0 0.2,0 0.2,0.2 0,0.20.05,0.05 0.15,0.05 0.15,0.15 0.05,0.15Соединяем ключевые точки прямыми линиями (согласно расчетной схеме):Main menu: Preprocessor-> Modelinig - Create -> Lines -Lines -> Straight LineСоздаем области:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Create -> Areas - Arbitrary -> By LineПервая область образуется внешним контуром.
Вторая область образуется внутренним контуром.Из первой области вычитаем вторую с помощью команды:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Оperate -> Booleans - Subtract -> AreasИмеем:Выдавливанием получаем моделируемое тело:Main menu: Preprocessor-> Modeling - Оperate -> Extrude -> -Areas- Along NormalВ поле Length of extrusion вводим глубину выдавливания тела 0.3.В результате получим:Шаг 2 – задание свойств материалаВыполняем команду:Main Menu: Preprocessor -> Material Props -> Constant - IsotropicКоэффициент теплопроводности (Thermal conductivity KXX) равен 50 Вт/(м ºС), модуль Юнга (Young’s modulus EX) равен 2·1011 Па, коэффициент Пуассона (Poisson’s ratio NUXY) равен 0.3, коэффициент линейного теплового расширения (Thermal expansion coeff ALPX) равен 10-5 1/ºС.Шаг 3 – разбиение тела на конечные элементыВыбираем тип конечного элемента:Main Menu: Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/DeleteВ разделе Coupled Field выбираем конечный элемент Scalar Tet (тетраэдр).
В списке типовконечных элементов появится SOLID98.Теперь разбиваем тело на конечные элементы:Main Menu: Preprocessor ->Mesh Tool…В окне Mesh Tool в разделе Size Controls напротив опции Global нажимаем кнопку Set. Впоявившемся меню устанавливаем значение параметра SIZE Element edge length в 0.1, нажимаем OK. Затем производим разбиение тела. В результате получаем:Замечание: в библиотеке элементов в разделе Coupled Field находятся конечные элементы,которые позволяют одновременно моделировать различные физические процессы; выбранный конечный элемент SOLID98 позволяет моделировать магнитные, тепловые, электрические процессы, а также напряженно-деформированное состояние.Шаг 4 – задание граничных условийПрикладываем граничное условие первого рода к поверхностям:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal-Temperature -> On AreasТемпература (TEMP) согласно расчетной схеме на одной поверхности равна 80 ºС, а на другой - 60 ºС.Прикладываем граничное условие третьего рода к боковым поверхностям:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Thermal- Convection -> On AreasКоэффициент теплоотдачи (Film coefficient) равен 25 Вт/(м2 ºС), температура окружающейсреды (Bulk temperature) – 20 ºС.Прикладываем кинематическое граничное условие:Main Menu: Preprocessor ->Loads -> -Loads- Apply -> -Structural- Displacement -> On AreasПоявится меню Apply U,ROT on Areas.
С помощью мыши выбираем поверхности, перемещения которых ограничены согласно расчетной схеме, в появившемся меню нажимаем OK.Появится меню:В поле DOFs to be constrained (ограниченные степени свободы) активно значение ALL DOF(все степени). В поле VALUE Displacement value (значение перемещения) задаем значение 0,нажимаем OK. Таким образом, мы задали граничное условие типа заделка на торцевых поверхностях.Шаг 5 – решениеВыполняем команду:Main Menu: Solution -> -Solve - Current LSШаг 6 – просмотр результатовДля просмотра результатов выполняем команду:Main Menu: General PostProc -> Plot Results -> -Contour Plot- Nodal Solu…Появится меню Contour Nodal Solution Data.
В этом меню в поле Item to be contoured для просмотра поля температур выбираем значение DOF Solution (левое окно) и Temperature (правоеокно). В окне Graphics получаем:Для просмотра напряжений повторяем команду и в поле Item to be contoured меню ContourNodal Solution Data выбираем значение Stress (левое окно) и von Mises (правое окно).
В окнеGraphics получаем поле напряжений по гипотезе Мизеса:ПриложениеЗадание 1/prep7k,1,0,0k,2,0.2,0k,3,0.2,0.1k,4,0,0.1k,5,0.05,0.05k,6,0.15,0.05l,1,2l,2,3l,3,4l,4,1circle,5,0.045circle,6,0.045al,1,2,3,4al,5,6,7,8al,9,10,11,12asba,1,2asba,4,3mp,kxx,1,50et,1,plane35esize,0.0075amesh,alllsel,s,line,,1,4dl,all,,temp,25lsel,s,line,,5,8dl,all,,temp,5lsel,s,line,,9,12dl,all,,temp,75lsel,all/soluantype,staticsolve/post1plnsol,temp,,0Задание 2/view,,1,1,1/prep7k,1,0,0k,2,0.06,0k,3,0.09,0k,4,0.045,0.078k,5,0.03,0.052k,6,0,0,0.02l,2,3larc,3,4,1,0.09l,4,5larc,5,2,1,0.06l,1,6al,1,2,3,4vdrag,all,,,,,,5mp,kxx,1,1et,1,solid70vmesh,allsfa,1,,hflux,0asel,s,area,,2,5sfa,all,,conv,50,20sfa,6,,hflux,10000asel,all/soluantype,staticsolve/post1plnsol,temp,,0Задание 3/prep7k,1,0,0pcirc,0.005mp,kxx,1,10et,1,plane35esize,0.00075amesh,allbfa,all,hgen,1e6sfl,all,conv,25,,20/soluantype,staticsolve/post1plnsol,temp,,0Задание 4/view,,1,1,1/prep7k,1,0,0k,2,0.25,0k,3,0.25,0.2k,4,0.225,0.2k,5,0.225,0.125k,6,0.025,0.125k,7,0.025,0.2k,8,0,0.2k,9,0.025,0.025k,10,0.225,0.025k,11,0.225,0.1k,12,0.025,0.1k,13,0,0,0.15l,1,2l,2,3l,3,4l,4,5l,5,6l,6,7l,7,8l,8,1l,9,10l,10,11l,11,12l,12,9l,1,13al,1,2,3,4,5,6,7,8al,9,10,11,12asba,1,2vdrag,all,,,,,,13mp,kxx,1,50et,1,solid87esize,0.05vmesh,allasel,allasel,u,area,,4asel,u,area,,8sfa,all,,conv,25,20da,4,temp,200da,8,temp,200asel,all/soluantype,staticsolve/post1plnsol,temp,,0Задание 5/prep7k,1,0,0k,2,0.225,0k,3,0.225,0.2k,4,0,0.2k,5,0.025,0.025k,6,0.05,0.025k,7,0.05,0.175k,8,0.025,0.175k,9,0.075,0.025k,10,0.1,0.025k,11,0.1,0.175k,12,0.075,0.175k,13,0.125,0.025k,14,0.15,0.025k,15,0.15,0.175k,16,0.125,0.175k,17,0.175,0.025k,18,0.2,0.025k,19,0.2,0.175k,20,0.175,0.175l,1,2l,2,3l,3,4l,4,1l,5,6l,6,7l,7,8l,8,5l,9,10l,10,11l,11,12l,12,9l,13,14l,14,15l,15,16l,16,13l,17,18l,18,19l,19,20l,20,17al,1,2,3,4al,5,6,7,8al,9,10,11,12al,13,14,15,16al,17,18,19,20asba,1,2asba,6,3asba,1,4asba,2,5mp,kxx,1,50mp,c,1,500mp,dens,1,7000et,1,plane35esize,0.015amesh,alltunif,20sfl,1,hflux,1e5lsel,s,line,,2,4sfl,all,hflux,0lsel,s,line,,5,20sfl,all,conv,25,,20lsel,all/soluantype,transtime,10000deltim,10solve/post1plnsol,temp,,0Задание 6/view,,1,1,1/prep7k,1,0,0k,2,0.2,0k,3,0.2,0.2k,4,0,0.2k,5,0.05,0.05k,6,0.15,0.05k,7,0.15,0.15k,8,0.05,0.15k,9,0,0,0.3l,1,2l,2,3l,3,4l,4,1l,5,6l,6,7l,7,8l,8,5l,1,9al,1,2,3,4al,5,6,7,8asba,1,2vdrag,all,,,,,,9mp,kxx,1,50mp,ex,1,2e11mp,nuxy,1,0.3mp,alpx,1,1e-5et,1,solid98esize,0.1vmesh,allda,3,temp,60da,10,temp,80asel,allasel,u,area,,3asel,u,area,,10sfa,all,,conv,25,20asel,s,area,,3asel,a,area,,10da,all,ux,0da,all,uy,0da,all,uz,0da,all,rotx,0da,all,roty,0da,all,rotz,0asel,all/soluantype,staticsolve/post1plnsol,temp,,0Список литературы:1.
Лыков А. В. Теория теплопроводности. - М.: Высшая школа, 1967. – 598 с.2. О.Зенкевич, К.Морган Конечные элементы и аппроксимация. Пер. с англ. – М.:Мир,1986-318с.3. Системы автоматизированного проектирования: В 9-ти кн. Кн. 4. Математические моделитехнических объектов: Учеб. пособие для втузов/В. А. Трудоношин, Н. В. Пивоварова;Под ред. И. П. Норенкова. - М.: Высш. шк., 1986. – 160 с.: ил.4. Чигарев А. В., Кравчук А. С., Смалюк А. Ф. ANSYS для инженеров: Справ. пособие.
М.:Машиностроение-1, 2004. 512 с.5.http://www.fea.ru.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
