ansys分析平板熱應力的案例
ANSYS與ABAQUS比較之實例8---帶孔平板的熱應力分析1
本博文是關于ANSYS與ABAQUS比較之系列博文，本例子使用ABAQUS做熱應力分析，后面會使用ANSYS對同一個問題做熱應力分析。
【問題描述】
一個帶孔平板結構如下圖
該平板上邊沿固定，左右兩邊是滾動支座支撐。該板的初始溫度是25度，現在要求當溫度升高到150度時，板中的應力分布。
已知：材料的彈性模量是2e9pa, 泊松比是0.3,熱膨脹系數是1.35e-5/度。
【問題分析】
1.
分析類型。這是一個平面應力問題，應力的產生是因為溫度的變化導致產生了熱應變，而該熱應變又被約束限制導致熱應力的產生。
2.
非線性考慮。只有一個物體，不存在接觸非線性；沒有材料非線性；沒有幾何非線性。總之，這就是一個最簡單的線彈性分析。
3. 幾何建模。由于該結構左右對稱，只取一半研究。
4.
邊界條件。除了常規的位移邊界條件以外，對該板施加預定義溫度場25度，而在第一個分析步修改該溫度場的溫度為150度。
【求解過程】
1. 創建部件
只取一半建模，它是一個二維的可變形部件。
2. 定義材料屬性
只需要定義彈性模量，泊松比及線膨脹系數。
3. 定義截面屬性
創建均質的實體截面，并將上述材料屬性賦予給它，然后將該截面屬性賦予給前面的部件。
4. 裝配部件
唯一的部件，導入到裝配即可。
5.設置分析步
兩個分析步。
新創建的分析步是最一般的靜力學通用分析步。
6.定義載荷和邊界條件
首先定義位移邊界條件，在初始分析步中，固定上邊，左右兩邊施加X方向的位移限制。
使用預定義場確定溫度。
對整塊板施加25度的初始溫度。
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移動熱源通過插件實現
ANSYS workbench泵殼熱應力分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習泵殼的三維模型處理
2、學習線性熱結構耦合分析步的建立
3、學習泵殼熱結構耦合分析的載荷施加
4、學習泵殼熱結構耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 泵殼熱結構耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
基于ANSYS Workbench的噴管熱應力分析
通過對噴管熱應力的分析，首先進行流固耦合分析，得到噴管整體結構的溫度場分析，看到噴管的溫度場在轉動板稍微向上的外殼附近存在著明顯的溫度梯度，熱應力的產生來源一種是結構中存在著明顯的溫度梯度，另外就是在結構約束的地方存在熱應力。一般而言，溫度梯度越大，約束越強，結構的熱應力值則越大，按照線彈性理論分析，則會出現有些結構部件會失效的情況，然而這與實際情況不符合，因此需要對噴管結構的熱應力分析進行彈塑性本構材料的熱應力分析，彈塑性材料的熱應力分析結果表明，噴管在溫度梯度大的地方，以及在溫度梯度較大并存在約束的地方的等效熱應力值超過了材料的屈服極限，但是小于材料的抗拉強度，說明噴管結構局部進入塑性變形區，結構并沒有發生破壞。并且分三種模型分別考慮溫度場和考慮溫度場及氣動載荷共同作用下的仿真，仿真結果表明，導流板的下移之后，噴管結構的溫度場有一定的下降，并且考慮彈塑性熱應力仿真分析表明，隨著溫度場的下降，結構的彈性等效應力下降。在原始模型和下降2mm的模型仿真后噴管在氣動載荷和溫度載荷作用下結構的最大位移出現在導流板上，而導流板下降4mm后的仿真表明，結構的最大位移還是受溫度場的影響明顯，出現在噴管外側板的頂端，導流板處的位移變形也較明顯，最大為8.5mm。由于噴管局部進行塑性區域，就需要考慮多次工作情況下，結構的疲勞壽命分析。或者對噴管承受熱應力較大的區域，設置熱防護層或者其他措施，以降低該區域的溫度梯度，從而實現提高噴管運行時可靠性設計的要求。
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ANSYS workbench錐形透鏡瞬態熱應力分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習錐形透鏡的三維模型處理
2、學習線瞬態熱結構耦合分析步的建立
3、學習錐形透鏡熱結構耦合分析的載荷施加
4、學習錐形透鏡熱結構耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 錐形透鏡瞬態熱應力分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
基于ANSYS WORKBENCH的桿件系統的熱應力分析
【理論分析】
該問題來自于《材料力學》“軸向拉伸壓縮”一章中的“溫度應力”一節（P45）。（劉鴻文，《材料力學》，高等教育出版社，第四版）
設兩根桿件的內力為基本未知數，根據熱膨脹，計算兩根桿件的伸長量與內力的關系，然后基于變形協調關系，得到內力的大小。
最后計算的結果是：
上述答案直接拷貝自原教材。
【仿真分析】
1. 這是一個熱應力問題。但是并不需要使用耦合系統。直接使用靜力學系統可以求解。
2. 對于材料設置，需要創建兩種材料：鋼和銅，并分別給定其彈性模量，泊松比和線脹系數。對于AB桿，則設置剛性很大（例如彈性模量是鋼材的千萬倍）的材料。
3.幾何建模。分別創建三個線體，分別代表AB,AD和BE。對于AD和BE賦予矩形截面屬性，保證其橫截面積即可。AB就使用AD的橫截面屬性。
4.屬性設置。分別設置三桿的材料屬性。
5.劃分網格。給定5毫米的單元長度劃分。
6.連接。所有連接處均使用轉動副連接。
7.分析設置。給定參考溫度和實際溫度。
8.后處理。在后處理中提取梁單元的內力。
【仿真過程】
1.打開ANSYS WORKBENCH14.5
2.創建項目流程圖。
這里創建一個靜力學分析系統。
3.創建兩種材料，并設置其屬性。
雙擊engineering data單元格，然后創建兩種新材料，按照題目的數據設置其彈性模量和線脹系數。
修改默認鋼材屬性，得到本題中鋼材的屬性。
加入銅合金，并修改其屬性，得到本題中銅的屬性
創建一個新材料，其彈性模量是2E18,即彈性模量是鋼材的千萬倍，用于模擬剛體。
4. 創建幾何模型。
雙擊geometry，進入到DM中，設置長度單位是毫米。
以A點為坐標原點，水平向右為X軸正方向，豎直向上為Y軸正方向，建立坐標系。則各點的坐標如下。
展開 ANSYS Workbench鍋爐給水管熱應力分析 ￥20
圖4 穩態溫度場
圖5 穩態熱應力場（應力強度）
3瞬態熱應力分析
20min間斷供水開始時，金屬溫度為飽和水的溫度，即190.7℃。在進行瞬態溫度場分析時，認為50℃冷水按照1.377m/s的速度均均向前推進，通過給水管的時間為0.302s。為了計算最后達到穩定傳熱是的溫度場，計算最終時間為300s。分析中共采用了18個載荷步，如表2所示。
表2 熱分析載荷步
在Workbench的瞬態熱分析中默認設置的初始溫度是整個結構均勻一致，如果初始溫度不一致，可先進行一次穩態熱分析，然后把穩態熱分析的溫度場結果作為瞬態熱分析的初始溫度。在本例中，結構的初始溫度均勻一致，為190.7℃。
圖6 瞬態溫度場（1s）
圖7 瞬態溫度場（10s）
圖8 瞬態溫度場（40s）
圖6到圖8給出了不同時間下的瞬態溫度場云圖，取管子內表面為路徑，可以得到不同時刻的溫度分布情況，如圖9所示。圖中橫坐標為到零時刻冷熱水交界面的距離。可以看出，0.2s、0.5s、1s時的溫度曲線呈現明顯的臺階狀（這是由于熱分析邊界條件采用與時間步對應的階越方式，如果時間步足夠小，臺階將消失）。同時，2s、5s、10s、40s的溫度曲線在與管板連接區域有明顯的“凸臺”，這是因為管板將熱量源源不斷地傳送到水管上。在40s時，溫度逐漸趨于穩定。
圖10 給水管內壁溫度分布曲線
圖11 給水管內壁應力強度分布曲線
圖10給出了1s、2s、5s、10s、40s時給水管內壁的應力強度曲線。與圖9的情況類似，最終的應力峰值出現在與管板交界的區域。圖11為300s時的應力強度云圖，屈服區域明顯變大，最大應力強度增加至332.34MPa，比連續給水時高出16%。
圖12 300s時瞬態應力場（應力強度）
算例源文件見付費內容
展開 ansys經典界面-熱應力耦合分析（壓力容器）
“ansys經典界面”相對于“ansys workbench”而言，界面操作的缺點和不便確實是顯而易見的，但是對于初學者而言，尤其是像剛剛入門的研究生而言，確實是了解有限元分析流程的一把利器。
基于ANSYS的U形波紋管熱應力分析
本文基于非線性有限元理論,針對波紋管軸向剛度大,徑向剛度小,能承受較大的軸向位移和一定的內、外壓力的特點,采用ANSYS有限元軟件首次對整體波紋管進行熱-應力耦合分析,研究波紋管在交變載荷和溫度場的作用下剛度與位移、應力應變情況,并預測波紋管的疲勞壽命
基于ANSYS的U形波紋管熱應力分析.pdf
ANSYS兩厚壁筒熱應力分析(間接耦合)
前言：
間接耦合分析與直接耦合分析的一個很大的區別是單元選擇問題。間接耦合分析時針對單一的物理場選取合適的單元即可，在另一個物理場情況下更改單元類型即可。而直接耦合分析選擇單元時需要保證該單元具有所需的所有自由度。ANSYS幫助文檔中可以查到很多專門用于直接耦合分析的耦合單元。
熱結構間接耦合分析主要包括如下幾個步驟：
第一步：進行溫度場分析的前處理并寫溫度場物理分析文件
第二步：進行結構場分析的前處理并寫結構場物理分析文件
第三步：讀取溫度場物理分析文件進行求解和后處理
第四步：讀取結構場物理分析文件并讀取溫度場計算結果進行結構場求解和后處理
問題描述：
如下圖二維界面圖所示。A1為鋼筒截面，內徑0.1875，外徑0.4，高0.05，熱傳導系數2.2。A2為鋁筒截面，內徑0.4，外徑0.6，高0.05。鋼筒內壁溫度200，鋁筒外壁70，熱傳導系數10.8。參考溫度70。兩截面的下邊線Y方向為0位移約束，其余三邊施加位移耦合。求取兩筒的穩態應力分布情況。
熱分析結果：
筒截面溫度分布云圖
結構分析結果：
擴展后的等效應力分布云圖
命令流文件：
FINISH
/FILNAME,Exercise ! 定義分析文件名
! 第一步：進行溫度場分析的前處理并寫溫度場物理分析文件
/prep7 ! 進入前處理器
et,1,plane77,,,1 ! 選擇PLANE77熱分析單元并設置為軸對稱分析
mp,kxx,1,2.2 ! 定義鋼筒熱傳導系數
mp,kxx,2,10.8 ! 定義鋁筒熱傳導系數
rectng,.1875,.4,0,.05 !
展開 Ansys 案例研究 | 瞬態熱力耦合分析—PCB 組件上的熱應力生成
過高的溫度或頻繁的溫度波動會引發材料老化、信號失真，并因材料間熱膨脹系數不匹配而產生熱應力，最終導致焊點開裂、器件失效等故障。因此，評估 PCB 可靠性必須進行瞬態熱力耦合分析，即先分析動態溫度場，再計算由此產生的熱應力。
目標
通過高保真建模仿真，系統觀察并量化印刷電路板（PCB）上關鍵元器件在瞬態熱載荷作用下的力學響應與應力表現。
方法闡述
本研究采用瞬態熱-力順序耦合仿真方法。首先，基于元件的真實功耗曲線與環境邊界條件，進行高精度瞬態熱分析，獲取從啟動、負載變動到穩態的全過程溫度場時序數據。隨后，將該瞬態溫度場作為體載荷映射至結構模型，通過有限元分析求解其引發的熱應力與應變場。
仿真步驟
1.打開 ANSYS Workbench，創建“瞬態熱力學系統（Transient Thermal System）”。
2.關聯結構分析，將“瞬態結構系統（Transient Structural System）”拖拽至瞬態熱力學系統的求解（Solution）單元格上，實現兩個分析系統間四個單元的共享。
3.定義部件的材料屬性，此處示例使用的是鋼，實際應用中應需根據真實材料設置參數。
4.導入模型，其效果如圖所示。
5.分配材料至幾何體。
6.在模型上施加相關的熱邊界條件，如圖 2 所示。
7.求解該模型，然后將本次分析結束時刻或每個時間步的溫度作為初始體溫度輸入到瞬態結構分析中（如圖 3 所示）。用戶可以從瞬態熱分析的溫度圖表中復制并粘貼源時間（Source Time）和分析時間（Analysis Time）的數據。
展開 
帶孔平板結構的應力分析
今天介紹一個簡單的應力分析實例，幫助同學們初步了解WELSIM建模和分析的基本步驟，掌握應力問題的分析方法。在軟件安裝以后，會在安裝目錄中的data文件夾中找到幾何文件planeWithCornerHole3d.step。
問題的描述
一個承受拉力的平板，在其中心位置有一個小圓孔，結構尺寸如圖所示。要求分析圓孔應力集中處的Mises應力。材料屬性： 彈性模量 E= 200GPa, 泊松比為0.33。拉伸載荷： p=100 MPa。平板厚度： 5。
提示： WELSIM中的量都沒有單位，用戶應自己保證量綱的一致性。
建模要點
1) 通過簡單的力學分析，可以知道該問題屬于平面應力問題，在WELSIM里面不做簡化，還是用3D實體單元分析。
2) 基于結構和載荷的對稱性，可以只取模型的1/4進行分析。
啟動WELSIM
有以下兩種方法，可以任意選一種。
1. 雙擊桌面WELSIM v1.0的快捷方式圖標。
2. 在Windows操作系統中選擇：[開始]->[程序]->[WELSIM]->[WELSIM v1.0]。
啟動WELSIM后，出現程序的主窗口界面。在窗口的頂端位置的工具欄點擊 “New”按鈕，如果您使用的是已經激活授權的版本，就會建立一個初始化的項目。如下圖所示：
導入部件
在工具欄中點擊”Import”按鈕，并讀取CAD模型文件 planeWithCornerHole3d.step，模型讀取后會顯示在圖形窗口。
網格劃分
WELSIM v1.0采用全自動網格劃分的方式。用戶可以控制網格密度和單元類型。這里我們設置最大單元尺寸”Maximum Size”為2，其他不做修改。
點擊工具欄中的網格劃分按鈕，系統將會生成默認的Tet10單元網格。
展開 三維平板堆焊焊接及殘余應力分析
利用ANSYS經典進行三維平板堆焊焊接及殘余應力分析。
關鍵詞：焊接分析 高斯熱源 熱分析 移動熱源 殘余應力分析 ANSYS經典 焊接熔池
如果反響不錯，下次再出個WORKBENCH的版本和視頻
計算分析講解演示視頻：
http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10105
零基礎能學Ansys熱應力分析嗎？技術鄰打破學習壁壘輕松入門
零基礎也能高效掌握Ansys熱應力分析，技術鄰通過“低門檻準入+拆解式教學+全流程保障”，讓新手1-2周上手實戰，已幫助500+企業零基礎工程師實現技能突破，學員獨立完成仿真項目的平均周期從1.5個月縮短至2周。
“沒接觸過有限元理論，怕聽不懂公式推導”“只會打開Ansys軟件畫簡單模型，不知道怎么開展熱應力分析”“擔心課程太復雜，學完還是不會做自己的項目”——這是絕大多數零基礎學習者面對Ansys熱應力分析時的普遍顧慮。但事實上，基礎薄弱絕非學習的“攔路虎”，技術鄰深耕工業仿真培訓8年，針對零基礎群體的學習痛點，量身打造了Ansys熱應力定制培訓體系，大幅降低準入門檻：只要對Ansys軟件有初步認知（比如會新建模型、導入簡單零件），或了解“溫度梯度”“應力”等基本工程概念，無需掌握高深理論，就能順利開啟學習，徹底打消“沒基礎學不會”的顧慮。
不同于普通課程“先講三個月理論、再練無關通用案例”的枯燥模式，技術鄰完全跳過晦澀的有限元公式推導，從企業實際工程需求出發，用“可落地的操作步驟”替代“抽象的學術概念”，讓零基礎學員無需背負知識包袱，直接進入實戰環節。講解核心知識點時，講師全程結合真實行業案例舉例，避免抽象表述：比如介紹“瞬態熱應力與穩態熱應力”的區別時，不會單純講解“時間依賴性”理論，而是通過“汽車發動機啟動（溫度快速變化，需瞬態分析）”與“發動機持續運轉（溫度穩定，用穩態分析）”的場景對比，搭配溫度場云圖動態演示，讓學員瞬間理解兩種分析類型的適用場景；講解“熱膨脹系數對熱應力的影響”時，會以“鋼質散熱板與鋁合金電芯的熱應力匹配”為例，通過仿真結果對比，直觀展示“熱膨脹系數差異1.8倍會導致接觸應力升高至180MPa”，讓抽象參數與實際影響建立關聯。
展開 針對某袋除塵器整體進行ABAQUS有限元分析，考慮九項載荷工況，分析設備靜應力、熱應力、變形及熱膨脹數值 ￥15
某袋除塵殼體結構選型如下：
箱體板厚5mm
箱體角柱：角鋼L90*56*8
箱體加強筋：角鋼L90*56*6
花板厚6mm
花板下加強筋：橫向為扁鋼80*6，縱向為扁鋼100*6
箱體中間支撐管：鋼管Φ60*5
圖1 袋除塵殼體結構示意圖
2、 建立模型
按照殼體結構示意圖建立幾何模型如圖2所示。
圖2 建立幾何模型
三、約束條件及載荷
立柱底部約束如圖3所示。
圖3 立柱底部邊界約束
載荷：
（1）自重（軟件考慮）；
（2） 頂部載荷：檢修載（按400kg/m2）；
（3） 花板處載荷：濾袋、濾籠、濾袋積灰（積灰厚度按5mm）共3.06t；
（4） 灰斗積灰重：滿灰9.6t；
（5） 保溫載荷：按25kg/m2；
（6） 負壓11000Pa或正壓8000Pa兩種工況分別施加；
（7） 煙道及檢修平臺載荷：上煙道（出氣端）900kg，下煙道（進氣端）
400kg，上中下三層檢修平臺檢修載荷均為400×2.85×3.25=3705kg。
注：此項載荷殼體和鋼支架各占一半。
（8） 灰斗卸灰口載荷（方向按照幾何模型坐標系）：FX=4700N，FY=3500N，FZ=-4700N，MX=3690N.m，MY=4800N.m，MZ=5540N.m。
（9） 頂部牛腿處檢修荷載：單個牛腿處載荷為1t，頂板為260×260，轉化為面壓添加，面壓為1×10×1000/260/260=0.148N/mm2。
下圖4所示為載荷添加圖示：
（a）負壓11000Pa （b）正壓8000Pa （c）花板處載荷
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