5_APDL基礎(chǔ)及仿真理論-熱應(yīng)力分析

白巧克力學(xué)仿真

2021年10月19日 22:27

瀏覽：4125 評論：2 收藏：4

!ANSYS命令流學(xué)習(xí)筆記6

!熱應(yīng)力分析

!學(xué)習(xí)重點(diǎn)：

!1、理解熱力耦合的直接法和間接法

!間接法：先進(jìn)行熱分析，然后將求得的節(jié)點(diǎn)溫度作為載荷施加到結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析中。

!直接法：直接采用具有溫度和位移自由度的耦合單元，同時得到熱分析和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的結(jié)果。直接法又分弱耦合和強(qiáng)耦合選擇強(qiáng)耦合時，形成不對稱矩陣，線性系統(tǒng)可以直接求解。選擇弱耦合時，對稱矩陣，還是把熱和結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行求解，并將熱結(jié)果施加在結(jié)構(gòu)上，是間接法的變形，至少經(jīng)過兩次迭代。弱耦合可以保證精度。

!2、如何利用坐標(biāo)值來選擇單元或幾何。熟練應(yīng)用nsel，lsel，asel命令。選擇不同的單元，指定不同單元類型，或者材料屬性

!3、后處理強(qiáng)度理論的理解。不同的材料可以發(fā)生不同形式的失效。而且同一種材料在不同的受力狀態(tài)下，也可以發(fā)生不同的失效模式。如碳鋼單向拉伸，以屈服模式失效。但制成螺釘時，其根部應(yīng)力集中引起三向拉伸，會出現(xiàn)斷裂。鑄鐵單向拉伸斷裂失效，但是鋼球擠壓鑄鐵板時，接觸點(diǎn)三向受壓狀態(tài)，鑄鐵出現(xiàn)屈服。無論脆性還是塑性材料，在三向拉應(yīng)力相近時應(yīng)用第一強(qiáng)度理論（最大拉應(yīng)力），以斷裂失效判定。在三向壓應(yīng)力相近時，都會引起塑性變形，采用第三或第四強(qiáng)度理論。

！第三強(qiáng)度理論，最大切應(yīng)力理論。各向同性的材料，最大剪應(yīng)力校核，適用于塑性材料，屈服失效。偏保守。σ1-σ3≤ [σ]。莫爾強(qiáng)度理論可以看做第三強(qiáng)度理論的推廣，但是實(shí)際上莫爾強(qiáng)度理論以試驗(yàn)資料為基礎(chǔ)，經(jīng)過邏輯綜合得到的。

！第四強(qiáng)度理論，最大形狀改變比能理論，適用于塑性材料的屈服失效，比第三理論適用范圍廣。Squa{1/2*[ (σ1-σ2)^2 + (σ2-σ3)^2 +(σ3-σ1)^2 ] } ≤ [σ]

!案例如下：

! 某液體管路內(nèi)部通有液體，外部包有保溫層，保溫層與空氣接觸，結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。已知管路由鑄鐵制造，其導(dǎo)熱系數(shù)為70W/(m·℃)，彈性模量為200GPa，泊松比為0.3，熱膨脹系數(shù)為1.2×10-5/℃；保溫層的導(dǎo)熱系數(shù)為0.02W/(m·℃)，彈性模量為20GPa，泊松比為0.4，熱膨脹系數(shù)為1.2×10-5/℃；管路內(nèi)液體壓力0.3MPa，溫度為70℃，對流換熱系數(shù)為1W/(m2·℃)；空氣溫度為-40℃，對流換熱系數(shù)為0.5W/(m2·℃)。試分析管路內(nèi)熱應(yīng)力情況。

! 5_APDL基礎(chǔ)及仿真理論-熱應(yīng)力分析的圖1

finish

/clear

len1=0.5

d1=0.28

d2=0.3

d3=0.4

/prep7

et,1,plane223 !223單元可以具有ux，uy，temp三個自由度

!定義單元keyopt

keyopt,1,1,11 !熱結(jié)構(gòu)耦合

keyopt,1,2,1 !弱耦合。選擇強(qiáng)耦合時，形成不對稱矩陣，線性系統(tǒng)可以直接求解。選擇弱耦合時，對稱矩陣，還是把熱和結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行求解，并將熱結(jié)果施加在結(jié)構(gòu)上，是間接法的變形，至少經(jīng)過兩次迭代。弱耦合可以保證精度

keyopt,1,3,1 !軸對稱結(jié)構(gòu)axisymmetric

!設(shè)置兩種材料的材料屬性

mp,ex,1,2e11

mp,nuxy,1,0.3

mp,kxx,1,70 !導(dǎo)熱系數(shù)

mp,alpx,1,1.2e-5 !熱膨脹系數(shù)

mp,ex,2,0.2e11

mp,nuxy,2,0.4

mp,kxx,2,0.02

mp,alpx,2,1.2e-5

!建立幾何模型,兩個面

rect,d1/2,d2/2,0,len1