ansys瞬態(tài)求解的案例
瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元求解器開發(fā)
在瞬態(tài)問(wèn)題的求解中，導(dǎo)數(shù)項(xiàng)可以寫成前后時(shí)間變量差值與時(shí)間間隔的比值：
代入后得到如下形式：
求解思路
在求解過(guò)程中，把Tn+1當(dāng)作未知量，Tn作為已知量。這樣在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，求解方法和結(jié)構(gòu)有限元方法一致。
初始時(shí)候，可以指定一個(gè)溫度作為全域已知初始溫度，然后在迭代過(guò)程中，Tn和Tn+1會(huì)逐漸接近，達(dá)到收斂狀態(tài)。
案例效果
設(shè)計(jì)案例如下，同時(shí)包含對(duì)流換熱邊界條件和熱流，時(shí)間總長(zhǎng)10000s，每步時(shí)間間隔50s。
自研求解器和商用軟件結(jié)果對(duì)比如下，從結(jié)果可以看出，自研求解器結(jié)果與商用軟件結(jié)果一致。
自研求解器結(jié)果：最終溫度分布
商用軟件結(jié)果：最終溫度分布
自研求解器結(jié)果：平均溫度時(shí)間曲線
商用軟件結(jié)果：平均溫度時(shí)間曲線
展開 考慮熱源的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元求解器
關(guān)鍵詞：熱源，瞬態(tài)，熱傳導(dǎo)，有限元求解器，三角形單元，自研
在《瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元求解器開發(fā)》一文中，我們介紹了自研的二維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)求解器。
當(dāng)時(shí)那個(gè)控制方程沒有考慮熱源，邊界條件中只涉及溫度、熱流、對(duì)流。然而在很多問(wèn)題中，熱源才是最關(guān)鍵的邊界條件，比如電發(fā)熱、化學(xué)反應(yīng)生熱。
熱源的處理
熱源是體熱，相對(duì)應(yīng)的熱流是面熱。兩者處理方式類似，都是根據(jù)單位熱功率值和幾何尺寸計(jì)算熱功率，然后加到控制方程矩陣的右側(cè)，承擔(dān)類似于結(jié)構(gòu)力學(xué)中的“載荷”的功能。
區(qū)別在于，熱源是作用在體上的，單位是W/m3，熱流是作用在面上，單位是W/m2。具體到編程上，熱源要分配到單元的三個(gè)節(jié)點(diǎn)上，熱流要分配到單元某個(gè)邊的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上。
從求解器編程的角度來(lái)說(shuō)，這些邊界條件的處理方式都是固定和通用的。考驗(yàn)一般出現(xiàn)在實(shí)際工程項(xiàng)目中使用自研求解器的時(shí)候。
在CAE軟件的開發(fā)中，交互端和求解器端永遠(yuǎn)要解決的問(wèn)題是，如何讓所有單元始終知道：
（1）它是誰(shuí)？（材料參數(shù)，幾何參數(shù)）；
（2）它在哪？（和其他單元的相對(duì)位置）；
（3）它怎么了？（邊界條件）。
以熱源為例，在交互界面上，我們通過(guò)視口選擇單元，指定其體熱功率。那么前端數(shù)據(jù)在生成求解器輸入的時(shí)候，就要告知求解器所有單元的編號(hào)和其對(duì)應(yīng)的體熱功率。
當(dāng)求解器拿到單元編號(hào)以后，就需要索引或者計(jì)算其面積，并根據(jù)單元三個(gè)節(jié)點(diǎn)編號(hào)，將功率加到載荷列陣對(duì)應(yīng)的位置。
驗(yàn)證
設(shè)計(jì)案例如下，區(qū)域外部為20℃空氣，對(duì)流換熱系數(shù)取5W/(m2K)，時(shí)間總長(zhǎng)18000s，每步時(shí)間間隔60s。
自研求解器得到模型中心最終溫度是84.6℃，與商用軟件結(jié)果完全一致。
展開 workbench 瞬態(tài)動(dòng)力學(xué) 求解齒輪嚙合的例子。
（6）求解設(shè)置，設(shè)置求解時(shí)間為1s，設(shè)置初始子步為10，最小子步為10，最大子步為1000。
（7）載荷設(shè)置。設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)副載荷，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)副載荷設(shè)置為轉(zhuǎn)速；從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)副載荷設(shè)置為轉(zhuǎn)矩，分別如下圖所示。
（8）計(jì)算求解。
提示：如果不收斂，可以通過(guò)調(diào)試網(wǎng)格質(zhì)量，調(diào)試接觸算法，或者增加一個(gè)時(shí)間較短的分析步，該分析步用于轉(zhuǎn)速?gòu)?rpm斜坡加速到600rpm，而不是階躍加載，這樣利于收斂。
（9）求解完成之后即可查看結(jié)果，等效應(yīng)力如下圖所示。也可以通過(guò)接觸工具查看接觸壓力云圖等。
Fluent旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬態(tài)分析的云端高效求解
我們來(lái)看下基于<strong style="color: rgb(25, 27, 31);">神工坊?</strong><strong>SIMFORGE?高性能工業(yè)仿真平臺(tái)</strong>的CFD瞬態(tài)計(jì)算，和其他仿真云平臺(tái)進(jìn)行效率對(duì)比如何。</p><h2 class="ql-align-justify"><strong>一、模型與網(wǎng)格</strong></h2><p class="ql-align-justify">采用某品牌空調(diào)室外機(jī)作為瞬態(tài)分析的仿真模型，左側(cè)與后側(cè)的進(jìn)口流域，以及前側(cè)的出口流域都考慮到計(jì)算中，并對(duì)空調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化后進(jìn)行網(wǎng)格劃分，最終<strong>網(wǎng)格單元數(shù)868萬(wàn)</strong>，如下圖所示。其中，風(fēng)扇葉片的<strong>旋轉(zhuǎn)速度是850rpm</strong>。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202301/b604dd3cd04128e9266451ab90624f30.png?image_process=/format,webp/quality,q_40" alt="【仿真平臺(tái)性能測(cè)試】Fluent旋轉(zhuǎn)機(jī)械瞬態(tài)分析的圖1"></p><h2 class="ql-align-justify"><strong>二、求解設(shè)置</strong></h2><p class="ql-align-justify">根據(jù)該款旋轉(zhuǎn)機(jī)械的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算得到該旋轉(zhuǎn)機(jī)械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數(shù)為0.075，為不可壓縮流動(dòng)，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的k-ε Realizable模型。對(duì)于動(dòng)區(qū)域計(jì)算模型，本次瞬態(tài)計(jì)算選擇了網(wǎng)格區(qū)域移動(dòng)的滑移網(wǎng)格法，仿真的模擬時(shí)間為10s，相關(guān)設(shè)置如下。
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ANSYS Workbench連桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真 ￥19.89
如果不考慮慣性力和阻尼，則可以使用靜力學(xué)分析來(lái)代替瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。對(duì)于線性結(jié)構(gòu)，它的瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)平衡方程如下：</p><p><br></p><p>在Ansys有限元分析軟件中，式共有三種求解方法分別為：完全法、模態(tài)疊加法和縮減法。完全法和縮減法采用直接積分求解瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)平衡方程。而模態(tài)疊加法則使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換解耦后開始求解。</p><p><br></p><p>5.1.1 模態(tài)疊加法</p><p>針對(duì)模態(tài)疊加法，式中的可寫為：</p><p><br></p><p>式中：</p><p>為節(jié)點(diǎn)力隨時(shí)間變化量；</p><p>為關(guān)于矢量載荷的比例因子；</p><p>是在模態(tài)分析中的矢量載荷。</p><p>利用模態(tài)坐標(biāo)表示節(jié)點(diǎn)位移可通過(guò)下式得到：</p><p><br></p><p>式中，是第階模態(tài)振型；</p><p>是所要提取的模態(tài)數(shù)量。</p><p>根據(jù)式可得利用模態(tài)疊加法計(jì)算瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題首先需要進(jìn)行模態(tài)分析，因?yàn)樵诠?jié)點(diǎn)位移中包含了模態(tài)振型。</p><p>將式帶入可得：</p><p><br></p><p>在式左乘模態(tài)振型可得：</p><p><br></p><p>模態(tài)的正交條件如下：</p><p>將正交條件帶到式則為：</p><p><br></p><p>利用質(zhì)量矩陣進(jìn)行歸一化處理，得到系數(shù)為：</p><p><br></p><p>的系數(shù)為：</p><p><br></p><p>的系數(shù)為：</p><p><br></p><p>同樣可以將其寫為：</p><p><br></p><p>利用式、、、帶到式中，得到：</p><p>縮減法用于模態(tài)分析時(shí)，涉及到主自由度的選取。因?yàn)榭s減法通過(guò)減少模型的自由度數(shù)簡(jiǎn)化計(jì)算，如果選用QR方法進(jìn)行模態(tài)分析，模態(tài)坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)微分方程寫為：</p><p>5.1.2 直接積分法</p><p>在ANSYS中，隱式方法Newmark和HHT用于求解瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。
展開 ANSYS workbench錐齒輪嚙合瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 附ANSYS Workbench 下載
下載地址：ANSYS Workbench 15.0完全自學(xué)一本通
ANSYS workbench 連桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)連桿的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)連桿接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)連桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 連桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
ANSYS workbench 芯片瞬態(tài)熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)芯片的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)芯片瞬態(tài)熱分析步的建立
3、學(xué)習(xí)芯片瞬態(tài)熱分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)芯片瞬態(tài)熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 芯片瞬態(tài)熱分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
ANSYS workbench軸輥轉(zhuǎn)動(dòng)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué) ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)軸輥的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)軸輥轉(zhuǎn)動(dòng)非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)軸輥轉(zhuǎn)動(dòng)非線性接觸分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 軸輥轉(zhuǎn)動(dòng)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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ANSYS workbench 蝸輪蝸桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)蝸輪蝸桿的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)蝸輪蝸桿非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)蝸輪蝸桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 蝸輪蝸桿瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析
ANSYS Workbench結(jié)構(gòu)瞬態(tài)分析
1.添加結(jié)構(gòu)分析模塊
圖1
2.建模和分網(wǎng)
略。
3.瞬態(tài)分析設(shè)置
點(diǎn)擊Transient下面的Analysis Settings，下面會(huì)出來(lái)屬性設(shè)置窗口，如圖2。
圖2
載荷步設(shè)置、求解器設(shè)置、重啟設(shè)置、非線性設(shè)置、輸出設(shè)置、阻尼設(shè)置、分析數(shù)據(jù)管理、可視化。
（1）載荷步設(shè)置
圖3
Number Of Steps：載荷步，表示分幾步施加載荷。
Current Step Number：當(dāng)前載荷步。
Step End Time：當(dāng)前載荷步結(jié)束時(shí)間。
Auto Time Stepping：自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)是否打開，這個(gè)大多數(shù)情況下打開，讓程序自動(dòng)決定迭代時(shí)間。
Define By：定義載荷子步的方式。可以通過(guò)時(shí)間和載荷子步數(shù)來(lái)定義，用時(shí)間定義的意思是每一載荷子步經(jīng)歷的時(shí)間是多少，用載荷子步定義的意思是一個(gè)載荷步有多少個(gè)載荷子步。
Initial Time Step：初始載荷子步的時(shí)間，也就是計(jì)算時(shí)第一個(gè)載荷子步的時(shí)間。
Minimum Time Step：最小的載荷子步時(shí)間
Maximum Time Step：最大的載荷子步時(shí)間
Time integration：時(shí)間積分是否打開，如果打開，表示考慮時(shí)間對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，也就是考慮動(dòng)力響應(yīng)，如果不打開，那么計(jì)算過(guò)程中相當(dāng)于是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。
本次例子定義三個(gè)載荷子步，分別施加壓力載荷，如圖所示。
圖4
每個(gè)載荷步都可以通過(guò)以上選項(xiàng)設(shè)置不同的載荷子步。
（2）求解器設(shè)置和重啟動(dòng)設(shè)置
圖5
Solver Type：求解器類型，有直接法和迭代法兩種，這個(gè)具體的意義以前文章有介紹，這里不說(shuō)。
展開 
ANSA方便快捷的CAE求解器設(shè)置 ——ANSYS求解器模板
ANSA方便快捷的CAE求解器設(shè)置——ANSYS求解器模板
ANSA是最快捷的前處理軟件，擁有廣泛而完善的多種CAE求解器模板，其方便快捷的單級(jí)菜單操作，極大的縮短了前處理的工作時(shí)間，提高了CAE工程師的工作效率。ANSA中可以快捷的建立不同特征的面、單元、節(jié)點(diǎn)等SET集合，有效解決求解器中建立接觸對(duì)、約束、載荷等選擇對(duì)象的困難。
鄙人在使用ANSYS建立接觸對(duì)中，對(duì)選擇接觸面和目標(biāo)面非常頭疼，不僅是選擇面困難復(fù)雜，而且擔(dān)心沒有選全，一般都是用mac文件建立的。本文介紹在ANSA中使用ANSYS求解器模板，設(shè)置ANSYS的求解過(guò)程。
問(wèn)題描述：如下圖所示是實(shí)例模型，主要特征如下描述。
1.
包括頂蓋、墊圈、螺栓及底板。
2.
頂蓋與墊圈、墊圈與底板、螺栓與頂蓋、底板與螺栓設(shè)置接觸；
3.
模型整體施加重力載荷，螺栓施加預(yù)緊力，頂蓋內(nèi)表面施加均勻的壓力載荷，螺栓為本例的關(guān)注點(diǎn)；
4.
約束底板下表面的平動(dòng)自由度。
詳情在見附件：
ANSA方便快捷的CAE求解器設(shè)置.pdf
展開 ANSYS workbench杯子瞬態(tài)散熱分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)杯子的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)杯子瞬態(tài)散熱分析步的建立
3、學(xué)習(xí)杯子瞬態(tài)散熱分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)杯子瞬態(tài)散熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 杯子瞬態(tài)散熱分析分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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ANSYS workbench 滑塊瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
3、對(duì)有限元分析感興趣的工程師
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)滑塊的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)滑塊非線性接觸相關(guān)的接觸設(shè)置
3、學(xué)習(xí)非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析步的建立
4、學(xué)習(xí)滑塊瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析的載荷施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 滑塊瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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ANSYS workbench瞬態(tài)傳熱相變分析 ￥10
本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：
1、學(xué)習(xí)型仿真工程師
2、理工科院校學(xué)生
你會(huì)得到什么：
1、學(xué)習(xí)傳熱相變的三維模型處理
2、學(xué)習(xí)傳熱相變瞬態(tài)熱分析步的建立
3、學(xué)習(xí)傳熱相變瞬態(tài)熱分析的載荷施加
4、學(xué)習(xí)傳熱相變瞬態(tài)熱的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020R2.
案例介紹了ANSYS workbench 傳熱相變瞬態(tài)熱分析。
本案例完整得提供了分析相關(guān)所有分析文件。
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