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稳态热传递稳态热传递第1页，共190页，编辑于2022年，星期一稳态热传递稳态热传递 如果热能流动不随时间变化的话，热传递就称为是稳态的。如果热能流动不随时间变化的话，热传递就称为是稳态的。由于热能流动不随时间变化由于热能流动不随时间变化,系统的温度和热载荷也都不随时间变系统的温度和热载荷也都不随时间变化。化。由热力学第一定律，稳态热平衡可以表示为由热力学第一定律，稳态热平衡可以表示为:输入的能量输入的能量 输出的能量输出的能量=02第2页，共190页，编辑于2022年，星期一稳态热传递稳态热传递控制方程控制方程 对于稳态热传递，表示热平衡的微分方程为对于稳态热传递，表示热平衡的微分方程为:相应的有限元平衡方程为相应的有限元平衡方程为:3第3页，共190页，编辑于2022年，星期一热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型温度温度 自由度约束，将确定的温度施加到模型的特定区域。自由度约束，将确定的温度施加到模型的特定区域。均匀温度均匀温度 可以施加到所有结点上，不是一种温度约束。一般只用于施加初始温度而非约束，在稳态或瞬态分析的可以施加到所有结点上，不是一种温度约束。一般只用于施加初始温度而非约束，在稳态或瞬态分析的第一个子步施加在所有结点上。它也可以用于在非线性分析中估计随温度变化材料特性的初值。第一个子步施加在所有结点上。它也可以用于在非线性分析中估计随温度变化材料特性的初值。热流率热流率 是集中结点载荷。正的热流率表示能量流入模型。热流率同样可以施加在关键点上。这种载是集中结点载荷。正的热流率表示能量流入模型。热流率同样可以施加在关键点上。这种载荷通常用于对流和热流不能施加的情况下。施加该载荷到热传导率有很大差距的区域上时应荷通常用于对流和热流不能施加的情况下。施加该载荷到热传导率有很大差距的区域上时应注意。注意。4第4页，共190页，编辑于2022年，星期一热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型对流对流 施加在模型外表面上的面载荷，模拟平面和周围流体之间的热量交换。施加在模型外表面上的面载荷，模拟平面和周围流体之间的热量交换。热流热流 同样是面载荷。使用在通过面的热流率已知的情况下。正的热流值表示热流输同样是面载荷。使用在通过面的热流率已知的情况下。正的热流值表示热流输入模型。入模型。热生成率热生成率 作为体载荷施加，代表体内生成的热，单位是单位体积内的热流率。作为体载荷施加，代表体内生成的热，单位是单位体积内的热流率。5第5页，共190页，编辑于2022年，星期一热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型ANSYS 热载荷分为四大类热载荷分为四大类:1.DOF 约束约束-指定的指定的 DOF(温度温度)数值数值2.集中载荷集中载荷-集中载荷集中载荷(热流热流)施加在点上施加在点上3.面载荷面载荷-在面上的分布载荷在面上的分布载荷(对流对流,热流热流)4.体载荷体载荷-体积或区域载荷体积或区域载荷6第6页，共190页，编辑于2022年，星期一热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型7第7页，共190页，编辑于2022年，星期一热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件的类型热载荷和边界条件注意事项热载荷和边界条件注意事项在在 ANSYS中中,没有施加载荷的边界作为完全绝热处理。没有施加载荷的边界作为完全绝热处理。对称边界条件的施加是使边界绝热得到的。对称边界条件的施加是使边界绝热得到的。如果模型某一区域的温度已知，就可以固定为该数值。如果模型某一区域的温度已知，就可以固定为该数值。响应热流率只在固定温度自由度时使用。响应热流率只在固定温度自由度时使用。8第8页，共190页，编辑于2022年，星期一热分析样板热分析样板 建立模型建立模型指定分析名称和工作文件名。指定分析名称和工作文件名。如果需要，记录单位制。如果需要，记录单位制。进入前处理器进入前处理器定义单元类型，检查基本设置。定义单元类型，检查基本设置。如果需要，定义实参。如果需要，定义实参。定义材料特性。定义材料特性。生成或导入模型。生成或导入模型。划分网格。划分网格。9第9页，共190页，编辑于2022年，星期一热分析样板热分析样板 求解器求解器定义分析类型，检查分析选项。定义分析类型，检查分析选项。施加载荷和边界条件。施加载荷和边界条件。指定载荷步选项。指定载荷步选项。执行求解。执行求解。10第10页，共190页，编辑于2022年，星期一热分析样板热分析样板查看结果查看结果进入通用处理器和进入通用处理器和/或时序后处理器。或时序后处理器。使用列表使用列表,绘图绘图,等查看结果。等查看结果。查看误差估计。查看误差估计。验证求解。验证求解。11第11页，共190页，编辑于2022年，星期一GUI 和和 ANSYS 命令命令ANSYS 是命令驱动程序。是命令驱动程序。ANSYS 命令可以手工输入，或用命令可以手工输入，或用GUI(Graphical User Interface)输入或两种方输入或两种方法混用。法混用。GUI提供了一种和提供了一种和ANSYS交流的简单的方法。交流的简单的方法。GUI根据用户操作自动生成根据用户操作自动生成ANSYS命令。命令。所有使用的命令列表在所有使用的命令列表在jobname.log 文件中。文件中。12第12页，共190页，编辑于2022年，星期一GUI 和和 ANSYS 命令命令查看查看ANSYS输出窗输出窗口中命令执行和文口中命令执行和文字输出。字输出。13第13页，共190页，编辑于2022年，星期一稳态热传递稳态热传递例题说明例题说明分析过程中的每一步使用简单的例子说明。分析过程中的每一步使用简单的例子说明。高亮度的方框中标出了例子的步骤。基本描述一个带有举行肋骨的长钢管从管中流动的热气体通过对流吸收能量。外表面暴露在大气中，热流从肋骨端部释放。.ANSYS命令流文件在附录命令流文件在附录B中中14第14页，共190页，编辑于2022年，星期一稳态热传递稳态热传递例题说明例题说明例题描述例题描述:热气体的温度是热气体的温度是600 F。内部的对流热交换系。内部的对流热交换系数是数是0.40 BTU/hr-in2-F。外部大气温度是外部大气温度是100 F。外部的对流热交换。外部的对流热交换系数为系数为0.025 BTU/hr-in2-F。每个肋骨端部热流为每个肋骨端部热流为-20 BTU/in2。分析目标分析目标:分析其中最小的循环部分，要求得到如下结分析其中最小的循环部分，要求得到如下结果果:1)温度场分布。温度场分布。2)肋骨上下端面的对流热耗散。肋骨上下端面的对流热耗散。15第15页，共190页，编辑于2022年，星期一稳态热传递稳态热传递例题说明例题说明例题说明例题说明下面是一个截面。下面是一个截面。建模说明建模说明:内部对流载荷使用平面效果单元。内部对流载荷使用平面效果单元。使用使用“在线上施加对流在线上施加对流”施加施加肋骨外表面上的对流载荷。肋骨外表面上的对流载荷。在肋骨短部施加热流。在肋骨短部施加热流。假设钢管是非常长的，不考虑钢假设钢管是非常长的，不考虑钢管端部的影响。管端部的影响。只对最小的循环部分建模。只对最小的循环部分建模。16第16页，共190页，编辑于2022年，星期一稳态热传递稳态热传递例题说明例题说明例题说明例题说明绝热对称边界绝热对称边界肋骨端部的热流对流面对流面简化成了最小的可重复2D几何模型。17第17页，共190页，编辑于2022年，星期一稳态热传递稳态热传递例题说明例题说明例题说明例题说明稳态热传递例题的指导说明稳态热传递例题的指导说明:使用最小的可循环部分求解下列问题使用最小的可循环部分求解下列问题:钢管钢管/肋骨中的温度场分布肋骨中的温度场分布 钢管钢管/肋骨的对流热损耗肋骨的对流热损耗绘出钢管绘出钢管/肋骨面上的温度变化情况。肋骨面上的温度变化情况。使用轴对称的使用轴对称的PLANE55单元划分网格。单元划分网格。在钢管内荆使用带有附加结点的平面效果单元在钢管内荆使用带有附加结点的平面效果单元SURF151。假设为恒定的，各向同性的材料特性。假设为恒定的，各向同性的材料特性。没有随温度变化的特性。没有随温度变化的特性。高亮度的方框中标出了例子的步骤。18第18页，共190页，编辑于2022年，星期一建模建模热分析的第一阶段包括建模和划分网格。热分析的第一阶段包括建模和划分网格。在本部分，我们要在本部分，我们要:指定文件名和标题。指定文件名和标题。记录使用的单位。记录使用的单位。进入前处理器进入前处理器定义单元类型和基本选项。定义单元类型和基本选项。查看实参定义。查看实参定义。定义材料特性。定义材料特性。生成几何模型。生成几何模型。划分网格。划分网格。19第19页，共190页，编辑于2022年，星期一建模建模设置设置设置设置GUIGUI的菜单过滤选项的菜单过滤选项的菜单过滤选项的菜单过滤选项使用界面选项激活使用界面选项激活GUI菜单过滤菜单过滤;只有与热分析有关的菜单项可以显只有与热分析有关的菜单项可以显示和使用。如果不设置，所有的菜单都可以看到并使用。示和使用。如果不设置，所有的菜单都可以看到并使用。激活热菜单过滤并单击激活热菜单过滤并单击“OK”。20第20页，共190页，编辑于2022年，星期一建模建模指定文件名指定文件名指定文件名指定文件名定义单独的文件名与其他分析题目区别开来。所有文件名将为定义单独的文件名与其他分析题目区别开来。所有文件名将为jobname.ext，除了，除了.log和和.err文件是初始文件的文件是初始文件的jobname.log 和和.err。变换文件名为变换文件名为“stltube”21第21页，共190页，编辑于2022年，星期一建模建模指定标题指定标题指定标题指定标题为分析指定一个描述性的标题。标题将打印在图形的底部，并在载为分析指定一个描述性的标题。标题将打印在图形的底部，并在载荷步文件和结果文件中显示。荷步文件和结果文件中显示。输入标题输入标题:“Example-Steel Tube with Fins”并并单击单击“OK”。22第22页，共190页，编辑于2022年，星期一建模建模 单位单位 使用使用/UNITS命令记录分析中使用的单位制。命令记录分析中使用的单位制。本例中使用的单位制记为本例中使用的单位制记为British/Inches,缩写为缩写为“bin”除了电磁场分析，用户不需除了电磁场分析，用户不需“告诉告诉”ANSYS你所使用的单位制。但是，你可以使用你所使用的单位制。但是，你可以使用/UNITS命令记录你所使用的单位。命令记录你所使用的单位。一旦你决定了使用的单位制，一旦你决定了使用的单位制，请一直使用它。请一直使用它。ANSYS 不不提供任何单位转换。提供任何单位转换。选择的单位制将影响你的模型，材料特性，实参和载荷。选择的单位制将影响你的模型，材料特性，实参和载荷。再次使用再次使用/UNITS并不完成单位制转换。并不完成单位制转换。23第23页，共190页，编辑于2022年，星期一建模建模 单位单位如要获得如要获得/UNITS命令的更多说明，请使用线上文档。命令的更多说明，请使用线上文档。要使用帮助，在输入窗口中输入要使用帮助，在输入窗口中输入“help,xxxxx”;“xxxxx”可以是单元类型可以是单元类型(77),命令命令(/units),或单或单元类别元类别(solid)。或者，使用或者，使用UtilityMenuHelp下下拉式菜单。拉式菜单。在输入窗口输入在输入窗口输入“help,/UNITS”查看线上文档。查看线上文档。24第24页，共190页，编辑于2022年，星期一建模建模 单位单位25第25页，共190页，编辑于2022年，星期一建模建模现在，我们准备开始前处理现在，我们准备开始前处理.请记住，高亮度的方框中标出了例子的步骤。请记住，高亮度的方框中标出了例子的步骤。稳态热传递的例子。26第26页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义单元类型定义单元类型定义单元类型定义单元类型定义分析中使用的单元类型。定义分析中使用的单元类型。开始定义单元类型。注意现在还没有定开始定义单元类型。注意现在还没有定义单元类型。单击义单元类型。单击“Add.”开始添加。开始添加。27第27页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义单元类型定义单元类型定义单元类型定义单元类型使用使用HELP按钮得到单元库中的更多信息。按钮得到单元库中的更多信息。缺省状态下，第一个定义的单元类型其缺省状态下，第一个定义的单元类型其单元类型号为单元类型号为1。因为因为GUI菜单过滤为热分析，只有热单元类型显示出来。菜单过滤为热分析，只有热单元类型显示出来。选择热实体单元选择热实体单元PLANE55作为单元类型作为单元类型,单击单击“Apply”。然后选择本类别中的单元类型先选择一个类别28第28页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模查看并选择基本选项查看并选择基本选项查看并选择基本选项查看并选择基本选项基本选项基本选项基本选项或基本选项或 KEYOPTs 是与单元类型相关的选项。是与单元类型相关的选项。查看或修改基本选项的方法是选择下图中的查看或修改基本选项的方法是选择下图中的“Options”:查看查看PLANE55缺省缺省的基本选项。的基本选项。29第29页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模查看并选择基本选项查看并选择基本选项查看并选择基本选项查看并选择基本选项使用下拉式菜单查看该单元的基本选项，并选择合适的数值。使用下拉式菜单查看该单元的基本选项，并选择合适的数值。改变单元特征。本例题需要轴对称单改变单元特征。本例题需要轴对称单元。缺省值为平面单元。元。缺省值为平面单元。30第30页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模平面效果单元平面效果单元平面效果单元平面效果单元平面效果单元平面效果单元-介绍介绍平面效果单元象平面效果单元象“皮肤皮肤”一样附着在实体单元的表面，经常用来施一样附着在实体单元的表面，经常用来施加载荷。加载荷。平面效果单元为施加面载荷提供了更多的方式，特别是当在同一区平面效果单元为施加面载荷提供了更多的方式，特别是当在同一区域施加对流和热流两种载荷时。域施加对流和热流两种载荷时。一个模型中附加的，离开模型表面一定距离的结点，可以用来代表一个模型中附加的，离开模型表面一定距离的结点，可以用来代表周围流体的介质温度。该周围流体的介质温度。该“附加附加”结点同样对结果评估带来方便。结点同样对结果评估带来方便。31第31页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模平面效果单元平面效果单元平面效果单元平面效果单元平面效果单元平面效果单元-介绍介绍平面效果单元可以用来施加热生成载荷。平面效果单元可以用来施加热生成载荷。当对流换热系数随温度变化时，平面效果单元很方便当对流换热系数随温度变化时，平面效果单元很方便;基本选项的基本选项的不同设置使得评估结果时选项也不相同。不同设置使得评估结果时选项也不相同。注注:平面效果单元在第平面效果单元在第7章中还有更详细的解释。章中还有更详细的解释。32第32页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模平面效果单元平面效果单元平面效果单元平面效果单元平面效果单元和对流平面效果单元和对流对流载荷可以直接施加到平面效果单元，实体单元或几何模型实体对流载荷可以直接施加到平面效果单元，实体单元或几何模型实体上。上。在在SURF151上使用上使用“附加结点附加结点”选项可以在选项可以在“附加结点附加结点”上指定结上指定结点温度，相当于周围介质的温度。点温度，相当于周围介质的温度。注注:本例题实际上本例题实际上不需要不需要 使用平面效果单元，因为每个平面上只有均匀的对流使用平面效果单元，因为每个平面上只有均匀的对流(Hf和和Tb为已知为已知)。但是，在管的内径施加平面效果单元将使得我们在后处理中更方便地得到热能耗散数值。但是，在管的内径施加平面效果单元将使得我们在后处理中更方便地得到热能耗散数值。33第33页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义单元类型定义单元类型注意，第二个定义的单元自动定义为注意，第二个定义的单元自动定义为单元类型单元类型2 automatically。定义热平面效果单元定义热平面效果单元SURF151。这是本例中的第二种单元这是本例中的第二种单元类型。类型。34第34页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模查看并选择基本选项查看并选择基本选项查看并选择基本选项查看并选择基本选项查看查看SURF151单元的缺省基本选项并单击单元的缺省基本选项并单击“Options”。35第35页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模查看并查看并查看并查看并选择基本选项选择基本选项 将单元行为从平面改变为轴对称。注意将单元行为从平面改变为轴对称。注意 K4的改的改变变,移去中间结点；移去中间结点；K5的改变的改变,对流计算中对流计算中包含附加结点。结束后单击包含附加结点。结束后单击“Close”。36第36页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义并检查实参定义并检查实参定义并检查实参定义并检查实参实参实参实参是指定单元类型的几何特征。实参是指定单元类型的几何特征。并不是所有的单元类型都需要实参。并不是所有的单元类型都需要实参。有些单元类型只有在选择了某些基本选项时才需要实参。有些单元类型只有在选择了某些基本选项时才需要实参。使用使用ANSYS在线帮助得到更多的关于实参的说明。在线帮助得到更多的关于实参的说明。第一个定义的实参缺省指定为第一个定义的实参缺省指定为 实参号实参号1。37第37页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义并检查实参定义并检查实参定义并检查实参定义并检查实参检查需要的实参。注意现在没有定检查需要的实参。注意现在没有定义任何实参。单击义任何实参。单击“Add.”开始。开始。38第38页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义并检查实参定义并检查实参定义并检查实参定义并检查实参定义实参定义实参:首先选中要定义实参的单元类型首先选中要定义实参的单元类型然后，在对话框中输入相应的数字以定义实参。然后，在对话框中输入相应的数字以定义实参。例题中的单元类型都不需要实参。例题中的单元类型都不需要实参。注:如果有HGEN载荷施加到平面效果单元上时，必须指定厚度。39第39页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义并查看材料特性定义并查看材料特性定义并查看材料特性定义并查看材料特性稳态热分析中关于材料特性的总体说明稳态热分析中关于材料特性的总体说明对于稳态分析，热材料特性必须输入热传导率对于稳态分析，热材料特性必须输入热传导率“k”-KXX,和可和可选的选的KYY,KZZ。如果用户不定义，如果用户不定义，KYY和和KZZ缺省等于缺省等于KXX。密度密度(DENS)和比热和比热(C)或热焓或热焓(ENTH)在没有质量传递的稳态热分在没有质量传递的稳态热分析中不需要。析中不需要。随温度变化的材料导热系数随温度变化的材料导热系数k,使得热分析为非线性。使得热分析为非线性。与温度有关的换热系数也被处理为材料特性。与温度有关的换热系数也被处理为材料特性。40第40页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义并查看材料特性定义并查看材料特性定义并查看材料特性定义并查看材料特性在在ANSYS中定义材料特性的选项中定义材料特性的选项:在材料特性对话框中输入需要的数值。在材料特性对话框中输入需要的数值。从从ANSYS材料库或用户自定义材料库中读入材料特性。材料库或用户自定义材料库中读入材料特性。在定义了材料特性以后，也可以将材料特性写到文件中以备后用。在定义了材料特性以后，也可以将材料特性写到文件中以备后用。41第41页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义并查看材料特性定义并查看材料特性定义并查看材料特性定义并查看材料特性要从材料库中读入材料特性，只要指定包含所需数据的文件路径和要从材料库中读入材料特性，只要指定包含所需数据的文件路径和文件名即可。文件名即可。42第42页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义并查看材料特性定义并查看材料特性定义并查看材料特性定义并查看材料特性要手工输入材料特性，首先选择合适的材料行为特性选项要手工输入材料特性，首先选择合适的材料行为特性选项(均匀各均匀各向同性，均匀各向异性，对温度变化向同性，均匀各向异性，对温度变化).本例中使用的材料特性是均匀各向同性的。第一本例中使用的材料特性是均匀各向同性的。第一种材料缺省的材料号为种材料缺省的材料号为1。43第43页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义并查看材料特性定义并查看材料特性定义并查看材料特性定义并查看材料特性然后，在对话框中输入需要的数值然后，在对话框中输入需要的数值.对于均匀各向同性的稳态热分对于均匀各向同性的稳态热分析，只需要析，只需要KXX的数值。的数值。本例中使用钢的热传导率为本例中使用钢的热传导率为 0.75 BTU/hr-in-F44第44页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模 随时间变化的材料特性随时间变化的材料特性随时间变化的材料特性随时间变化的材料特性 对于随时间变化的材料特性，先要定义指定数值所对应的温度对于随时间变化的材料特性，先要定义指定数值所对应的温度.依次输入依次输入6个温度数值个温度数值只是举例，不要使用这些数据。只是举例，不要使用这些数据。45第45页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模随时间变化的材料特性随时间变化的材料特性随时间变化的材料特性随时间变化的材料特性然后，指定特性标志并给出对应前面温度的数值然后，指定特性标志并给出对应前面温度的数值.输入的数值应该对应于温度表。输入的数值应该对应于温度表。只是举例，不要使用这些数值。只是举例，不要使用这些数值。46第46页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模 使用随时间变化的材料特性使用随时间变化的材料特性使用随时间变化的材料特性使用随时间变化的材料特性ANSYS如何使用这些数据如何使用这些数据?随温度变化的材料特性在每个单元中计入一次。在单元体内材料特随温度变化的材料特性在每个单元中计入一次。在单元体内材料特性假设为均匀的。性假设为均匀的。对于给定的单元，其温度为对于给定的单元，其温度为:47第47页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模 列出材料特性列出材料特性列出材料特性列出材料特性可以选择下列菜单列出材料特性可以选择下列菜单列出材料特性.对于均匀各向同性材料对于均匀各向同性材料:对于随温度变化材料对于随温度变化材料:48第48页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模绘制材料特性绘制材料特性绘制材料特性绘制材料特性除了列表，还可以绘制随温度变化的材料特性。选择要绘制的材料特性除了列表，还可以绘制随温度变化的材料特性。选择要绘制的材料特性和温度数值范围和和温度数值范围和/或特性数值范围（可选）。或特性数值范围（可选）。只是举例，不要使用该数据。只是举例，不要使用该数据。49第49页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模绘制材料特性绘制材料特性绘制材料特性绘制材料特性随温度变化的材料特性绘图示例。随温度变化的材料特性绘图示例。只是举例，不要使用该数据。只是举例，不要使用该数据。50第50页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模删除材料特性删除材料特性删除材料特性删除材料特性材料特性可以单独删除，或使用下面的菜单删除多个材料特性材料特性可以单独删除，或使用下面的菜单删除多个材料特性:51第51页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模使用输入的几何模型使用输入的几何模型使用输入的几何模型使用输入的几何模型几何模型可以从多种几何模型可以从多种CAD程序的标准图形文件输入到程序的标准图形文件输入到ANSYS。使用。使用 FileImport菜单选项菜单选项:注:下面的对话框是选择了IGES格式后弹出的。52第52页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模生成几何模型生成几何模型生成几何模型生成几何模型几何模型可以在几何模型可以在ANSYS中生成。在这里我们使用预选定义好的几何中生成。在这里我们使用预选定义好的几何体生成例题中的模型。体生成例题中的模型。使用预先定义的体生成两个面，并如例题使用预先定义的体生成两个面，并如例题中所示输入尺寸。中所示输入尺寸。53第53页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模生成几何模型生成几何模型生成几何模型生成几何模型输入矩形角点坐标。输入矩形角点坐标。ANSYS将生成该矩形和其中的线和关键点。将生成该矩形和其中的线和关键点。选择选择“Apply”使对话框保持打开。选择使对话框保持打开。选择“OK”关闭对话框。关闭对话框。54第54页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模生成几何模型生成几何模型生成几何模型生成几何模型画面。画面。ANSYS在生成两个矩形后会在生成两个矩形后会自动生成右面的图形。图形会自动生成右面的图形。图形会自动自动fit到当前的图形窗口中。到当前的图形窗口中。55第55页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模生成几何模型生成几何模型生成几何模型生成几何模型布尔操作如相交布尔操作如相交,相加相加,相减相减,分割分割,粘接粘接,覆盖和分离等都能够用覆盖和分离等都能够用于对几何模型进行操作。于对几何模型进行操作。使用使用 Booleans OverlapAreas命令命令以生成需要的几何模型。以生成需要的几何模型。56第56页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模生成几何模型生成几何模型生成几何模型生成几何模型“Pick All”选择了两个面进行覆盖选择了两个面进行覆盖操作并执行该命令。操作并执行该命令。57第57页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模生成几何模型生成几何模型生成几何模型生成几何模型使用使用PlotControlsNumbering 命令打开面号。显示颜色和号码命令打开面号。显示颜色和号码(/NUM)。要清楚地看到每个实体，打开要清楚地看到每个实体，打开Utility Menu中的号码控制。中的号码控制。58第58页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模生成几何模型生成几何模型生成几何模型生成几何模型覆盖操作后绘制面，面号选项打开，号码和颜色都显示。覆盖操作后绘制面，面号选项打开，号码和颜色都显示。59第59页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模布尔操作的总体说明布尔操作的总体说明布尔操作的总体说明布尔操作的总体说明缺省情况下，布尔操作的输入实体在操作完成后删除。缺省情况下，布尔操作的输入实体在操作完成后删除。删除的实体号码将为删除的实体号码将为“空空”。也就是说，它将会被重新赋值给布尔。也就是说，它将会被重新赋值给布尔操作新生成的实体，从最小可用号码开始。操作新生成的实体，从最小可用号码开始。对面进行覆盖操作时，在原来面的重合区域将生成一个新的面。然对面进行覆盖操作时，在原来面的重合区域将生成一个新的面。然后，其他新的面积将通过在原来面积上挖去这一公共区域而形成。后，其他新的面积将通过在原来面积上挖去这一公共区域而形成。所有的面将共用边界线和关键点。所有的面将共用边界线和关键点。要复习布尔操作的步骤，请参看如下文档：要复习布尔操作的步骤，请参看如下文档：ANSYS 在线帮助在线帮助ANSYS 建模和分网手册建模和分网手册60第60页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义属性定义属性定义属性定义属性单元属性单元属性单元属性是在划分网格之前要定义的模型特性。包括单元属性是在划分网格之前要定义的模型特性。包括:材料特性材料特性单元类型单元类型实参实参单元坐标系单元坐标系每个特定的属性类型在一个模型中都有一个独立的参考号。每个特定的属性类型在一个模型中都有一个独立的参考号。61第61页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义属性定义属性定义属性定义属性材料特性材料特性(续续)单元属性可以使用单元属性可以使用AttributesDefine或使用或使用MeshTool指定。指定。MeshTool更方便，因为网格控制等后续的工作在更方便，因为网格控制等后续的工作在MeshTool中同样中同样可以设置。可以设置。当使用多个单元类型，材料或实参时，保证不同特性对应相应的模当使用多个单元类型，材料或实参时，保证不同特性对应相应的模型区域。型区域。单元属性可以列表和绘图以方便检查模型。单元属性可以列表和绘图以方便检查模型。属性可以全局的设置，也可以在划分网格之前设置给特定的体，面，属性可以全局的设置，也可以在划分网格之前设置给特定的体，面，线和关键点。线和关键点。62第62页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义属性定义属性定义属性定义属性使用使用MeshTool定义属性定义属性:选择要设置属性的实体。63第63页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模定义模型属性定义模型属性定义模型属性定义模型属性设置属性时，使用下拉式菜单查看选项，并选择合适的数值。设置属性时，使用下拉式菜单查看选项，并选择合适的数值。注：在本步之前应该已经定义好了单元类型，材料和实参。注：ESYS主要用于各向异性材料的定义。64第64页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模设置网格控制设置网格控制设置网格控制设置网格控制网格划分需要如下的步骤：网格划分需要如下的步骤：1)设置单元属性。设置单元属性。(单元类型，实参，材料特性单元类型，实参，材料特性)2)设置网格控制。设置网格控制。设置控制网格大小设置控制网格大小(网格密度网格密度)和网格形状的选项。和网格形状的选项。3)存储数据库存储数据库(可选可选)。4)生成网格。生成网格。65第65页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模设置网格控制设置网格控制设置网格控制设置网格控制ANSYS网格划分网格划分(续续):如果不设置网格控制时划分网格，网格将具有如下特征如果不设置网格控制时划分网格，网格将具有如下特征:将是自由划分，而不是映射划分。将是自由划分，而不是映射划分。单元大小由单元大小由ANSYS确定确定(可以满足普通的计算精度要求可以满足普通的计算精度要求)。单元类型单元类型1，材料，材料1，实参，实参1将用来划分网格。将用来划分网格。有许多方法设置网格控制。参考有许多方法设置网格控制。参考ANSYS建模和分网手册以得到更多建模和分网手册以得到更多的解释。的解释。缺省状态下，网格属性设置为单元类型缺省状态下，网格属性设置为单元类型1，材料，材料1和实参和实参1，因此在例题中不需要重新定义。，因此在例题中不需要重新定义。66第66页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模设置网格控制设置网格控制设置网格控制设置网格控制下一步是设置划分网格的大小下一步是设置划分网格的大小(网格密度网格密度)。全局大小。全局大小是用于生成均匀大小的网格。是用于生成均匀大小的网格。例题中全局网格长度设置为例题中全局网格长度设置为0.06。67第67页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型使用使用MeshTool,指定指定:1)Mesh:areas2)Shape:quad3)Mesher:mapped;3 or 4 sided4)在选择菜单中选择在选择菜单中选择“Pick All”5)关闭关闭MeshTool68第68页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型得到的单元绘图如下。得到的单元绘图如下。69第69页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型继续划分网格继续划分网格;生成平面效果单元生成平面效果单元生成平面效果单元中的注意事项生成平面效果单元中的注意事项:在生成平面效果单元之前，需要先作一些另外的前处理工作在生成平面效果单元之前，需要先作一些另外的前处理工作:设置属性为使用单元类型设置属性为使用单元类型 2,SURF151。生成生成“附加结点附加结点”(KEYOPT5)。平面效果单元将使用面上现有的结点生成，并且参考平面效果单元将使用面上现有的结点生成，并且参考“附加结点附加结点”。70第70页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型定义划分网格的属性使用菜单定义划分网格的属性使用菜单AttributesDefine如下如下:单元类型号设置为单元类型号设置为:2 SURF15171第71页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型绘制结点绘制结点 注注:由于使用现有的结点定义平面效果单元，将图形转换到结点图可以方便选取需要的结点。由于使用现有的结点定义平面效果单元，将图形转换到结点图可以方便选取需要的结点。72第72页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型生成生成“附加结点附加结点”需要需要SURF151定义。定义。注注:使用直接生成来生成附加结点。活动坐标系是全局笛卡儿坐标系。使用直接生成来生成附加结点。活动坐标系是全局笛卡儿坐标系。73第73页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型注注:这里，选择结点号这里，选择结点号1000,比其他任意结点号码都大，以使得比其他任意结点号码都大，以使得“附附加加”结点容易辨认。如果该域空白，则下一个可以使用的结点号码将结点容易辨认。如果该域空白，则下一个可以使用的结点号码将赋值给新的结点。赋值给新的结点。注注:“附加附加”结点的位置是可结点的位置是可选的，这里是选的，这里是x=1.0,y=2.5。74第74页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型结点图将自动更新以包括新的结点。使用结点图将自动更新以包括新的结点。使用Use Box Zoom 或其他或其他 Zoom 命令查看需要看清的部分。命令查看需要看清的部分。75第75页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型现在已经准备好生成平面效果单元。现在已经准备好生成平面效果单元。生成平面效果单元生成平面效果单元76第76页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型使用使用Box选择选项只选择管内部的结点生选择选项只选择管内部的结点生成平面效果单元。成平面效果单元。77第77页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型划分模型划分模型检查所有检查所有9个结点是否全部选中个结点是否全部选中;单击单击“Apply”78第78页，共190页，编辑于2022年，星期一前处理：建模前处理：建模划分模型划分模型 使用鼠标点取附加结点，或在输入窗口中输入使用鼠标点取附加结点，或在输入窗口中输入1000。然后，单击。然后，单击“OK”。79第