ansys平板熱應力計算的案例
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。
展開 【算例驗證】圓平板彎曲的撓度和應力計算
一、問題描述
一個圓平板。圓平板半徑R= 100 mm，厚度t = 10 mm，受到均布壓力的作用，壓力p= 2 MPa圓平板材料為鋼材，彈性模量E = 200 GPa，泊松比u = 0.3。計算圓平板的撓度和應力。
二、問題分析
由于板很薄，采用帶厚度的板殼單元模型計算。分別采用ANSYS經典版和Workbench版進行分析。
三、計算結果
取5 mm、10 mm、20 mm和40 mm的單元尺寸，對圓平板進行單元離散，對比單元尺寸對計算結果的影響。
四、命令流
/PREP7
ET,1,SHELL281 !SHELL181或SHELL281
KEYOPT,1,8,2 !
展開 管道的熱固耦合計算及管道熱應力分析!
之后右鍵單擊Imported Load—Insert—Temperature 將流體計算的溫度場導入，在固體域溫度的接受面為固體的內表面，之前已經進行定義，直接選用即可，Cfd surface 選用計算的流固界面溫度。右鍵單擊Imported Load，單擊右鍵菜單的ImportedLoad 導入溫度。
右鍵單擊Steady-State Thermal 插入邊界條件，設置外壁面的對流換熱系數為10W/m2·℃，環境溫度為20℃。設置三個入口的端面溫度與入口流體溫度一致。在solution 中插入溫度和總的熱流量。單擊solve 進行求解。
圖23 流場溫度導入
圖24 穩態熱力學計算結果
七、變形及熱應力分析
雙擊C5 進入靜態結構計算模塊右鍵單擊Imported Load 打開右鍵菜單后單擊ImportedLoad 導入固體域的溫度。右鍵單擊Static Structural—Insert—Fixed Support 給三個入口端面施加固定約束。完成邊界條件的加載。右鍵單擊Solution 插入總變形和應力。單擊solve 進行求解。
圖25 結構靜力學計算中導入溫度
圖26 溫度對管道造成的應力
圖27 溫度導致管道的變形
來源：百度文庫
展開 AnsysWB-基于熱循環載荷的焊球熱應力仿真 ￥15
由于反復接通和斷開電源，微電子元件受
</div><div contenteditable="false" width="100%">
到熱循環的作用，因此，焊點處出現裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，從而導
</div><div contenteditable="false" width="100%">
致故障。
</div><p>本例基于 “非線性結構材料模塊”中的模型 “黏塑性焊點”。</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
<figure class="figure-image" contenteditable="false" data-img="https://img.jishulink.com/202512/attachment/cfacfaa56fd948108d043c368bd3c241.png" style="display: inline-block;" data-regular="true">
<img src="https://img.jishulink.com/202512/attachment/cfacfaa56fd948108d043c368bd3c241.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202512/attachment/cfacfaa56fd948108d043c368bd3c241.png?
展開 
ansys18.2焊接過程分析瞬態熱分析熱應力分析 ￥8.88
ansys18.2焊接過程分析
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。
AnsysWB-FSW(攪拌摩擦焊熱應力仿真) ￥10
產生的熱量使工件材料熱軟化。工具的移動使軟化的工件材料從前部流向工具后部并在此處凝固。隨著冷卻，兩塊板之間形成一個連續的固體焊縫。整個過程中不會發生熔化，產生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度。攪拌摩擦焊相較于傳統焊接技術具有諸多優勢，并已在航空航天、汽車和造船等行業成功應用。
在攪拌摩擦焊過程中，熱行為和機械行為是相互依存的。由于溫度場會影響應力分布，因此本示例采用了一個完全熱機械耦合模型。該模型由具有結構和熱自由度的耦合場實體單元組成。模型包含兩塊矩形鋼板和一個圓柱形工具。在模型上施加了所有必要的機械和熱邊界條件。模擬分三個載荷步進行，分別代表過程中的壓入、停留和移動階段。
計算得出的摩擦熱生成量和塑性熱生成量表明，工具肩部與工件之間的摩擦是產生大部分熱量的原因。在板片的接觸界面處規定了一個粘結溫度，以此來模擬工具后面的焊接過程。當接觸表面的溫度超過這個粘結溫度時，接觸狀態就會轉變為粘結狀態
展開 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。
AnsysWB-表面貼片電阻的熱載荷應力仿真 ￥15
表面貼片電阻會受到熱循環的影響。材料之間的熱膨脹差異會在結構上產生熱應力，
連接電阻與印刷電路板的焊料被視為裝配中最薄弱的環節，由于工作溫度高于焊料的
熔點，因此會產生稱為蠕變的變形。
基于ANSYS Workbench的噴管熱應力分析
噴管處于幾千K的高溫工作環境中，其熱分析工作是不可忽略的，國外投入大量的人力物力進行研究，Melia P.F等對噴管熱分析進行深入細致的工作。但值得指出的是，有關噴管熱分析的文獻大都是綜述性的報導，結合具體的工作結構及分析所用的具體材料性能等詳實內容大都未提及。六十年代以來，我國開始發展噴管的熱結構、熱防護設計和相應的分析工作也得到充分重視。涉及噴管熱分析方面的工作的綜述也有文獻報導。何洪慶等對噴管的熱傳導、噴管喉襯部件以及噴管熱分析試驗做了相關分析研究工作。以上提及的研究工作對于噴管零部件熱分析在理論方面比較深入，并有充分的試驗配合，而對于整個噴管的熱應力分析結合工程實際十分緊密的研究卻相對較少。
本文為實現熱流固耦合，將運用Fluent、Steady-State和Static Structure這三個模塊進行分析。首先進行Fluent和Steady-State的熱流雙向耦合，利用System Coupling模塊設置雙向耦合，在Fluent里，設置能量方程打開，由于氣流是一種高溫高壓高雷諾數的流體，所以選擇k-epsilon粘性模式，并且在Fluent里設置流體與結構之間的流固耦合面，Steady-State里也要設置好結構與流體之間的流固耦合面。進行熱流雙向耦合之后，將Steady-State得到結構上的溫度場分布，再將熱場計算結果導入到Static Structural模塊，進行熱應力分析。
對于熱流耦合分析及后面的溫度載荷作用下的結構熱應力分析，對噴管結構進行一些必要的簡化，刪除螺栓連接孔等。由于模型的對稱特性，只分析一半模型，對稱面上施加對稱邊界條件。由于噴管在工作時結構中存在著高溫情況，故采用M247彈塑性材料本構進行彈塑性非線性問題計算。
展開 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
給水管的規格為φ76mmX4mm，管板厚度16mm，給水管與管板的焊腳尺寸為4mm，計算中給水管外伸長度為300mm，伸入鍋爐內部100mm，結構簡圖如圖1所示；材料參數見表1。現分析連續給水和20min間斷給水條件下的給水管的穩態溫度場、瞬態溫度場及相應的熱應力。
圖1 給水管簡圖
表1 不同溫度下的材料參數
給水溫度為50℃，鍋內飽和水溫度為190.7℃。連續給水時水流速度為0.459m/s，20min間斷供水時水流速度為1.377m/s。假設間斷供水開始時給水管內水溫度與鍋內飽和水溫度相等。
按照《鍋爐計算手冊》（宋貴良主編），可計算出連續給水時管內的傳熱膜系數為2289.5 W/(m2·℃)，20min間斷供水時管內熱水傳熱膜系數為8947.1 W/(m2·℃)，20min間斷供水時管內冷水傳熱膜系數為5513.6 W/(m2·℃)。
給水管浸入飽和水表面（外側）的傳熱為自然對流。假設管子外壁溫度與飽和水溫差為20℃（簡化計算），可計算出管外傳熱膜系數為1792.4 W/(m2·℃)。同樣可以計算出管板內側表面的傳熱膜系數為1094 W/(m2·℃)。
管板外表面及給水外伸部分的外側表面為絕熱。
2 穩態熱應力分析
采用2D軸對稱模型分析，在Workbench的Engineering Data按表1輸入不同溫度下的材料參數。由于給水管與管板連接位置溫度梯度和熱應力可能較大，因此該區域局部網格加密。
圖2 模型網格
模型網格總共6652個節點，1957個單元，偏度最大值為0.66，平均偏度為0.05。設置計算得到的三個對流邊界條件，如圖3所示。
圖3 邊界條件
計算得到結構的穩態溫度場如圖4所示。從圖5的應力強度云圖可知，熱應力最大值為285.36MPa，出現在給水管內壁。
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。
干貨 | ANSYS激光焊接過程熱應力仿真應用
移動熱源載荷施加
對流邊界條件
求解可知，激光焊接過程的溫度分布以及大于500度以上的熱影響區域如下圖所示。
激光焊接過程的溫度分布
大于500度以上的熱影響區域
2.激光焊過程熱應力分析
進行瞬態熱分析—靜態結構分析的順序耦合分析，將瞬態熱分析獲得的溫度分布數據，傳遞到結構模塊模擬激光焊接過程的熱翹曲、熱變形現象。
激光焊接熱應力仿真流程
支撐條件與溫度導入如下：
溫度數據導入
應力與接觸狀態（焊接緊固狀態）變化如下：
結構應力與焊接緊固狀態
3.總結
ANSYS Workbench界面可以很方便的進行移動熱源瞬態熱分析，可以考慮實際焊接過程中結構連接狀態與高溫融合等因素的影響，解決焊接過程的溫度場與熱應力計算，為設計和工藝提供可靠的數據參考。
展開 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
