熱力學分析的案例
熱力學分析
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ANSYS 12.0熱力學有限元分析從入門到精通
張秀輝，胡仁喜等著_Pg491.part1.rar
ANSYS 12.0熱力學有限元分析從入門到精通_12636670_北京市：機械工業出版社_2010.07_王澤鵬，張秀輝，胡仁喜等著_Pg491.part2.rar
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展開 使用ANSYS Workbench進行茶壺的熱力學分析
使用ANSYS Workbench進行茶壺的熱力學分析
李安民
Thermal Analysis of Teapot using ANSYS Workbench
Julian Lee
摘要：使用穩態分析裝滿開水的茶壺的熱分布和熱流量，對比陶瓷材料和鋼材作茶壺材料的熱力學特性。使用瞬態分析模擬水降溫過程，得到溫度分布和熱流量，瞬態分析同樣使用兩種材料進行對比分析。
關鍵字：仿真；有限元；ANSYS Workbench；熱力學分析
分析視頻教程將在2023年3月23日19:30在技術鄰進行直播，歡迎前來觀看以及和作者討論。
本教程使用了ANSYS 2023和ANSYS2022，兩個版本在本教程范圍內操作完全相同。
1 穩態分析（Stead-State Thermal）
1.1 陶瓷材料（Porcelain）
1. 打開ANSYS Workbench，建立Steady State Thermal System
雙擊Toolbox中的Steady-State Thermal或者將其拖到Project Schematic中，如下圖所示：
2. 定義鋼材和陶瓷的本構模型，鋼材的本構模型默認存在，從Thermal Material添加Porcelain。
雙擊第2行Engineering Data，在Engineering Data選項卡中點擊Engineering Data Sources。在Engineering Data Sources表中選擇序號為12的Thermal Materials選項，然后在其下Outline of Thermal Material中選擇43號Porcelain。
陶瓷的比熱容（Thermal Conductivity）為5W/(m?℃)，點擊B列的加號，在C列出現紫色書的圖標，表示材料在待用材料冊中。
展開 基于meshfree的瞬態熱力學分析以及與workbench對比
本次分析中散熱片選取左側面為固定溫度施加面，溫度函數定義、溫度加載面選取以及定義如下：
fig4 固定溫度施加
Fig5 溫度時間函數
2.熱對流設置
固體表面與固體內部之間的熱交換，屬于瞬態熱力學分析中的邊界條件。本次分析的環境溫度為28度，熱對流系數為30W/m2 *℃，邊界條件的選取以及參數的設定如圖所示：
Fig6 熱對流定義
完成設置之后便可以直接進行運行分析，對時間步的設置如圖，分析時間為30s，時間步為30步，內存選用4GB，計算完成時間為120s。
Fig7 時間步設置
Fig8 計算時間
計算結果
計算完成之后便可以在分析結果中查看。
Fig9 溫度云圖
可以看到，散熱片整體的溫度在70-90度之間，最大最小值位置如上圖所示。
展開 
abaqus鼓式制動器熱力學分析
300請人用abaqus做個鼓式制動器的熱力學分析，網格已劃分好，有意向q245006749
自己翻譯的英文ansys教程資料（混合器分析-熱力學）
這次帶來的熱力學分析，靜態混合器的部分
mixture files.rar
ANSYS Tutorial Static Mixer翻譯.pdf
ANSYS Tutorial Static Mixer原版.pdf
如有紕漏，望高人指正
【EDF開源CAE 】應用Code_Aster模擬核電閥門在熱沖擊下的熱力學響應
對此實驗的模擬包括流體力學、熱力學和力學三部分。流體力學部分在code_saturne上完成，本文討論的熱力學和力學部分在Code_Aster上完成。我們利用試件的對稱性，在建模中僅模擬了結構的1/2；對于熱沖擊，忽略多次熱沖擊所造成的累積殘余變形，僅關注試件在一個285℃ – 60℃ – 285℃溫度交替變化作用下的熱力學響應。熱力學模擬所得到的溫度變化結果作為外力條件用于力學計算中，從而得到閥門中不同構件的應力與變形情況。
03
熱力學分析部分
熱量的傳遞包括傳導、對流和輻射三種基本形式，本案例中僅涉及前兩者。在2015年進行的第一次數值模擬中，我們假定各部件緊密貼合，不考慮管道中流體流動性所造成的對流傳熱，熱量在閥門內部完全通過接觸傳導方式傳遞；在第二次數值模擬中，增加了“閥體與閥籠之間的間隙中熱量以對流方式傳遞”的邊界條件。
經模擬，對于閥門中的絕熱構件，模擬結果與試驗結果匹配度良好；對于螺栓，第二次的模擬結果改善了第一次模擬中溫度變化較試驗結果有所延遲的問題（圖3）。閥門上部的溫度較試驗結果高約30~40℃（圖4），這可能是模型相對簡單，未充分考慮其他形式的傳熱方式導致的。
圖 3. 實驗與數值模擬中閥門螺栓溫度隨時間變化曲線
圖 4. 實地實驗與數值模擬中閥門上部溫度隨時間變化曲線
（285℃ →60℃階段）
04
力學分析部分
在模擬分析閥門的力學特性時，重新劃分了有限元單元。
展開 【CAE案例】壓力容器在高溫高壓下的熱力學耦合分析
因此，在其設計階段需要對其做熱力學的分析。
本案例對某壓力容器的裂紋做了瞬態的熱力學耦合分析。本案例所采用的容器為軸對稱的圓柱體，因此可以將該圖形簡化成二維平面。案例的內壁上有一層包層來保護金屬底座。在此計算中，容器遇到冷沖擊，在包層和金屬層的邊界處出現裂紋。本案例將計算這種瞬態下容器的溫度場和應力場。
02 問題描述
本案例主要模擬了存在裂紋的壓力容器在受熱和內部壓力的情況下，熱傳遞的情況，以及裂紋演變的情況。
特殊的是，根據壓力容器的結構，其內部與熱源接觸的部分為包層（圖1），外部為結構鋼（圖2），因此，在分析此類特殊結構時需要將兩種材料分開定義。
此外，本次仿真最終會給出壓力容器從室溫到受熱升溫的整個過程，因此材料的力學性能，如楊氏模量E，容積熱容量ρcp會隨溫度變化。
在通用結構仿真軟件中，可以通過定義Function的形式定義不同溫度下材料的力學性能。在分析受力部分時，需要考慮壓力容器受熱對其力學性能產生的影響，因此需要使用熱力耦合的方式進行計算。
本案例材料受熱的物理參數呈非線性變化，熱源也呈非線性，模擬了0到8000秒過程中的溫度變化（7到50攝氏度）。在第51秒時突然加入50攝氏度的熱源。此外，容器受到內部壓力和Y軸正方向的拉力,初始壓力為1.188MPa，到20秒時壓力達到最大，為19.188MPa，并呈非線性增長。Y方向的拉力從初始的5.45MPa，在20秒內增長至88.09MPa，也呈非線性增長。
圖1圖2
03 驗證結果
壓力容器在第8000秒時的受熱狀態為：溫度最高的部位位于包層與熱源接觸的部位，為50攝氏度，溫度最低的部位為金屬最外圈，為48.3攝氏度。熱量從包層逐漸傳遞到金屬部分，符合傳熱的規律。
展開 【CAE案例】壓力容器在高溫高壓下的熱力學耦合分析
因此，在其設計階段需要對其做熱力學的分析。
本案例對某壓力容器的裂紋做了瞬態的熱力學耦合分析。本案例所采用的容器為軸對稱的圓柱體，因此可以將該圖形簡化成二維平面。案例的內壁上有一層包層來保護金屬底座。在此計算中，容器遇到冷沖擊，在包層和金屬層的邊界處出現裂紋。本案例將計算這種瞬態下容器的溫度場和應力場。
02 問題描述
本案例主要模擬了存在裂紋的壓力容器在受熱和內部壓力的情況下，熱傳遞的情況，以及裂紋演變的情況。
特殊的是，根據壓力容器的結構，其內部與熱源接觸的部分為包層（圖1），外部為結構鋼（圖2），因此，在分析此類特殊結構時需要將兩種材料分開定義。
此外，本次仿真最終會給出壓力容器從室溫到受熱升溫的整個過程，因此材料的力學性能，如楊氏模量E，容積熱容量ρcp會隨溫度變化。
在通用結構仿真軟件中，可以通過定義Function的形式定義不同溫度下材料的力學性能。在分析受力部分時，需要考慮壓力容器受熱對其力學性能產生的影響，因此需要使用熱力耦合的方式進行計算。
本案例材料受熱的物理參數呈非線性變化，熱源也呈非線性，模擬了0到8000秒過程中的溫度變化（7到50攝氏度）。在第51秒時突然加入50攝氏度的熱源。此外，容器受到內部壓力和Y軸正方向的拉力,初始壓力為1.188MPa，到20秒時壓力達到最大，為19.188MPa，并呈非線性增長。Y方向的拉力從初始的5.45MPa，在20秒內增長至88.09MPa，也呈非線性增長。
展開 材料強度預報的熱力學理論 附材料熱力學郝士明下載
最新的一項研究嘗試了把材料強度的預報問題納入理性的非平衡態熱力學的框架。相關的研究論文題為：“
The intrinsic nature of materials failure and the global non-equilibrium energy criterion
”，發表在SCIENCE CHINA Physics, Mechanics & Astronomy （《中國科學：物理學 力學 天文學》英文版）2020年第12期，由中山大學王彪教授撰寫。文章把所研究的受載材料樣本當成是熱力學體系，隨著加載進行，材料微結構將產生損傷演化，通過建立演化過程中每一個平衡態的穩定性條件進而建立材料破壞的強度準則。
研究發現了一些與前人認知不同的材料強度的本質特性，如材料的破壞狀態類似于臨界想象，是一種全局的性質，局域準則和研究方法可能會導致錯誤的結果。對于含有裂紋的材料，該強度理論同斷裂力學中的應變能釋放率準則和J積分等預報結果是一致的。該項工作的另一個核心貢獻在于利用本征應變的概念模化材料中存在的各種不同類型的缺陷，進而導出了材料體系在外載作用下，含有微結構演化破壞過程的自由能表達式。作為例子，文中把該理論用于多種材料強度問題的預報，并得到了有限的實驗結果的驗證（如下圖所示）。
強度理論的說明和預報結果的實驗驗證
該項研究的核心是摒棄前人主要依據經驗公式建立強度模型的弊端，把強度預報問題納入理性的分析范疇。隨著新材料的大量涌現，經驗型的強度準則層出不窮，作者認為可以利用熱力學狀態失穩性判據發展統一的強度評價方法和準則，很可能改變工程中長期采用的結構安全性設計和評估的規范和方法。
展開 基于cosmol軟件的光纖熱力學分析
在本模塊領域中我們需要用到的物理場分別為固體力學和固體傳熱以及多物理場耦合的分析，下面進行簡單的介紹：
首先先建立光線結構模型，在這里我們選擇應力偏振型熊貓光纖作為分析（最外層是PML，要求與接觸材料的折射率一致，在這里就不做過多簡述：
其次，要進行物理場的研究，在這里我們分別構建固體力學以及固體傳熱物理模型，具體固體力學配置如下所示，由于我們光纖的材料主要是二氧化硅成分，所以設置為線彈性材料，由于纖芯和包層是一體的所以在受熱過程中將二者作為一個整體，限制纖芯因為熱應力作用而膨脹（理想情況）
在固體傳熱部分我們通過將外部環境作為加熱源，采用面外熱通量的形式對結構進行加熱，設定面外熱通量溫度為298.5K，將光纖結構的外層設定為熱絕緣層。詳細見下面圖組：
最后我們將固體力學與固體傳熱之間用多物理場進行耦合，并且在研究的最后對結構進行網格的劃分如下圖所示：
最后通過運行程序得到如下表面溫度的結果，這與光纖中不同區域的材料系數有關（例如所設定的熱膨脹系數有關），可以看出光纖端面處不同部位的溫度也會有所差異，因為耦合到了固體力學結構的應力分布區域也會呈現出不同的趨勢。
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展開 
《ANSYS工程應用教程(機械篇) 》
書中圍繞開發五軸聯動銑頭的項目，采用多個實例介紹ANSYS在靜力學分析、動力學分析、熱力學分析中的使用以及ANSYS的高級分析技術。 本書可作為理工科院校機械專業本科生、研究生及教師學生使用ANSYS軟件的教材或參考書，也可以作為機械行業工程技術人員的參考書。
第1章 初識ANSYS
第2章 有限單元法基礎
第3章 ANSYS建模
第4章 ANSYS網格劃分修改模型
第5章 結構靜力分析
第6章 ANSYS動力學分析
第7章 ANSYS熱力學分析
第8章 ANSYS高級分析技術
展開 直播預告 | MSC Nastran復合材料熱分析及熱機耦合分析
傳統分析方法難以精確模擬此類材料復雜的各向異性熱傳導和非線性熱力耦合行為，往往導致設計過度保守、試驗成本高昂且失效風險難以有效控制。因此，如何精準預測復合材料在熱載荷作用下的變形與應力分布，成為提升其可靠性的核心難題。
熱傳遞的4個類型
為應對這一挑戰，海克斯康工業軟件旗下的有限元結構分析軟件MSC Nastran在復合材料熱分析及熱-力耦合分析領域表現卓越。MSC Nastran憑借其在熱傳導模擬、熱-力耦合分析、性能失效評估等方面的強大能力，將有效突破復合材料熱力學分析的瓶頸，助力提升設計精度與產品可靠性。
本期直播講堂請到了海克斯康結構仿真軟件應用專家李坤鵬，在直播間中講師將重點講解MSC Nastran在復合材料熱分析及熱機耦合分析方面的各項功能，并以多個應用案例展示其在解決復合材料熱力學分析難題的創新之處。敬請關注！
直播報名
8月21日 14:00
▲ 掃碼參與報名
立即預定
直播內容聚焦
? 熱傳導模擬：精準預測復合材料結構內部溫度場分布
? 熱-力耦合分析：高效求解溫度梯度引發的熱應力與熱變形
? 性能與失效評估：識別熱環境下的潛在高風險區域
李坤鵬
海克斯康結構仿真軟件應用專家
精通結構有限元分析，有豐富的工程項目經驗，參與完成的重大項目包括：飛機適航強度分析、貨機改裝強度分析、復雜電機傳動產品失效分析與對標。
展開 《 Pro/ENGINEER 運動仿真和有限元分析（含盤）》
88
范例12 物理模型求解 96
第3章 結構分析
3.1 Pro/MECHANICA Structure簡介 102
3.2 Pro/MECHANICA Structure初體驗 102
3.3 一般工作流程及指令架構 117
3.3.1 工作流程 117
3.3.2 指令架構 118
3.4 模型類型 119
3.5 材質分配 119
3.6 模型的理想化 121
3.6.1 Shell（薄板） 121
范例1 Shell的創建 124
3.6.2 Beam（梁） 126
3.6.3 Mass（質點） 129
3.6.4 Spring（彈簧） 130
范例2 Beam、Mass和Spring的創建 132
3.7 連接 135
范例3 焊接連接 136
范例4 剛性連接 139
3.8 當前坐標系 141
3.9 分析特征 141
3.10 約束和載荷 142
3.10.1 約束 142
范例5 約束設置 144
3.10.2 載荷 146
范例6 線載荷 150
范例7 壓力載荷 155
3.11 測量 157
3.12 網格劃分 158
3.13 顯示控制 160
3.14 設計控制 161
3.15 建立分析/研究 163
3.16 獲取結果 169
范例8 多參數設計優化 173
范例9 桁架結構分析 184
范例10 變速箱側蓋受力分析 194
范例11 組件的接觸分析 201
第4章 熱力學分析
4.1 一般工作流程及指令架構 208
4.1.1 工作流程 208
4.1.2 指令架構 208
4.2 模型類型 209
4.3 邊界條件 210
4.4 熱力載荷 211
4.5 建立分析/研究 212
范例1 CPU散熱片分析 213
范例2 圓底鍋熱力分析 218
范例3 熱力學與結構分析嵌套 225
4.6 振動分析 231
范例4 音叉頻率分析
展開 ansys12.0熱力學有限元分析從入門到精通（附光盤內容）
ansys軟件是融結構、熱、流體、電磁、聲學多物理場于一體的大型通用有限元分析軟件。包括多個模塊，不但可進行隱式分析，也可進行顯式分析，并且可進行多物理場間的復雜耦合分析。本書分為兩部分，第1部分講述了基本傳熱學理論和應用ansys進行穩態、瞬態熱分析的基本思路，以及進行非線性分析的注意事項；第2部分結合熱分析工程實例，這些實例涵蓋了坯料電磁感應加熱、零件淬火、鑄造、鍛造、焊接、熱電耦合分析等典型應用實例，由淺入深，詳細講述了應用ansys進行熱分析的基本操作步驟。本書注重方法和思路，重點介紹了應用ansys進行與熱相關的耦合分析方法，包括間接耦合分析、直接耦合分析。耦合場領域包括熱一結構耦合、熱一流體耦合、熱一電耦合、熱一電一磁耦合等，以及隱式熱一結構顯式聯合應用進行分析的方法。本書可供汽車、壓力容器、國防軍工、土木工程、金屬熱加工等行業進行熱分析與產品開發使用，也可以作為大學本科學生與研究生進行熱分析的參考教材。目錄:
前言
第1章ansys熱分析簡介及常用操作
1.1ansys熱分析簡介
1.1.1ansys的熱分析能力
1.1.2ansys熱分析分類
1.1.3ansys中與熱相關的耦合場分析種類
1.1.4ansys中熱分析單元簡介
1.2ansys中常用操作
1.2.1拾取操作
1.2.2顯示操作
第2章熱分析基礎知識
2.1傳熱學基本理論
2.1.1符號與單位
2.1.2熱傳遞的方式
2.1.3熱力學第一定律
地址轉到：http://forums.caenet.cn/showtopic-549565.aspx
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