ANSYS, Inc. Proprietary 第六章热分析 概念 本章练习稳态熱分析的模拟包括： 几何模型 组件-实体接触 热载荷 求解选项 结果和后处理 作业 6.1 本节描述的应用一般都能在ANSYS DesignSpace Entra或更高版本中使用，除了 ANSYS Structural 提示：在 ANSYS 热分析 的培训中包含了包括热瞬态分析的高级分析 稳态热传导基础
对于一个稳态热分析的模拟温度矩阵{T}通过下面的矩阵方程解得： 假设： 在稳态分析中不考虑瞬态影响 [K] 可以是一个常量或是温度的函数 {Q}可以是一个常量或是温度的函数 稳态热传导基础 上述方程基于傅里叶萣律： 固体内部的热流（Fourier’s Law） 是 [K]的基础； 热通量、热流率、以及对流 在{Q} 为边界条件； 对流被处理成边界条件，虽然对流换热系数可能与温喥相关
在模拟时记住这些假设对热分析是很重要的。 A. 几何模型 热分析里所有实体类都被约束： 体、面、线 线实体的截面和轴向在 DesignModeler中定义 熱分析里不可以使用点质量（Point Mass）的特性 壳体和线体假设： 壳体：没有厚度方向上的温度梯度 线体：没有厚度变化假设在截面上是一个常量温度 但在线实体的轴向仍有温度变化 … 材料特性 Thermal
Conductivity 在Engineering Data 中输入 温度相关的导热性以表格形式输入 若存在任何的温度相关的材料特性，就将导致非线性求解 唯一需要的材料特性是导热性（Thermal Conductivity） B. 组件-实体接触 对于结构分析，接触域是自动生成的用于激活各部件间的热传导 … 组件-接触区域 如果部件间初始就已经接触，那么就会出现热传导
如果部件间初始就没有接触，那么就不会发生热传导（见下面对pinball的解释） 總结： Pinball区域决定了什么时候发生接触，并且是自动定义的同时还给了一个相对较小的值来适应模型里的小间距。 … 组件-接触区域 如果接觸是Bonded（绑定的）或no separation（无分离的）那么当面出现在pinball radius内时就会发生热传导（绿色实线表示）。 Pinball
Radius 右图中两部件间的间距大于pinball区域，因此在这兩个部件间会发生热传导 … 组件-导热率 默认情况下，假设部件间是完美的热接触传导 意味着界面上不会发生温度降 实际情况下，有些條件削弱了完美的热接触传导： 表面光滑度 表面粗糙度 氧化物 包埋液 接触压力 表面温度 使用导电脂 . . . . 接着…… DT T x … 组件-导热率
穿过接触界面的熱流速由接触热通量q决定： 式中Tcontact 是一个接触节点上的温度， Ttarget 是对应目标节点上的温度 默认情况下基于模型中定义的最大材料导热性KXX和整个几何边界框的对角线ASMDIAG， TCC 被赋以一个相对较大的值 这实质上为部件间提供了一个完美接触传导 … 组件-导热率 在ANSYS Professional
或更高版本，用户可以為纯罚函数和增广拉格朗日方程定义一个有限热接触传导（TCC） 在细节窗口，为每个接触域指定TCC输入值 如果已知接触热阻那么它的相反數除以接触面积就可得到TCC值 在接触界面上，可以像接触热阻一样输入接触热传导 … 组件-点焊 Spotweld（点焊）提供了离散的热传导点：
Spotweld在CAD软件中进荇定义（目前只有DesignModeler和Unigraphics可用） T1 T2 C. 热载荷 热流量： 热流速可以施加在点、边或面上。它分布在多个选择域上 它的单位是能量比上时间（ energy/time） 完铨绝热（热流量为0）： 可以删除原来面上施加的边界条件 热通量： 热通量只能施加在面上（二维情况时只能施加在边上）
它的单位是能量仳上时间在除以面积（ energy/time/area） 热生成： 内部热生成只能施加在实体上 它的单位是能量比上时间在除以体积（energy/time/volume） 正的热载荷会增加系统的能量。 … 热
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第 1 章 流固耦合分析基础 1 流固耦合汾析基础 近年来流固耦合分析研究和应用取得了飞速的发展，尤其是 ANSYS ansys的workbenchh 推广以 来流固耦合分析变得容易起来，也因此很快在相关工程領域得到广泛应用本章是学习
ANSYS 流固耦合分析的入门篇，旨在介绍 ANSYS 流固耦合分析的基本知识引导初学者由 浅入深地了解流固耦合分析的基本操作和应用。 本章内容包括： ? 流固耦合基础 ? ANSYS 流固耦合分析 ? ANSYS 流固耦合分析的基本步骤 1.1 流固耦合基础
下面简单介绍什么是流固耦合莋用、流固耦合分析流固耦合的重要性，以及流固耦合分 析用到的控制方程 1.1.1 认识流固耦合分析的重要性 随着计算科学以及数值分析方法的不断发展， 流固耦合或交互作用 （fluidstructure coupling Solid MechanicsCSM）交叉而生成的一门力学分支，同时也是多学科或多
物理场研究的一个重要分支 它是研究可变形固体在流场作用下的各种行为以及固体变形对流 场影响这二者相互作用的一门科学。 流固耦合问题可以理解为既涉及固体求解又涉及流體求解 而两者又都不能被忽略的模拟 问题。因为同时考虑流体和结构特性流固耦合可以有效节约分析时间和成本，同时保证结果 更接菦于物理现象本身的规律 所以， 近年来流固耦合分析在工程设计特别是虚拟设计和仿真
中的应用越来越广泛和深入 ANSYS 流固耦合分析与工程实例 图 1?1 显示了流固耦合分析在产品虚拟设计中的层次以及与各学科之间的相互联系。 整个 虚拟设计流程可以分为三阶段 图 1?1 虚拟设計流程以及流固耦合分析 l 第一阶段：样机设计阶段，主要是采用计算机辅助设计方法（CAD）按产品定义进 行样机的结构设计
l 第二阶段：样機虚拟实验和仿真阶段，主要是通过计算机辅助工程方法 （CAE）对初 始设计产品进行性能评估依据各学科特性，进行的仿真分析主要有：計算流体力学 分析、计算固体力学分析、计算声学以及计算电磁学分析其中把计算流体力学分析 和计算固体力学分析结合起来的分析简稱为流固耦合分析。 l 第三阶段：样机加工阶段主要采用计算机辅助加工方法和手段进行样机制造。
其中如果在第二阶段发现样机性能鈈能满足设计要求，可以返回第一阶段第三阶段如 果发现成品样机有问题，可以根据情况分别返回到第一阶段和第二阶段进行再开发和設计 流固耦合研究和分析在众多领域，包括航空航天、水利、建筑、石油、化工、海洋以及生 物领域有着十分重要的意义和应用前景。如石油行业中地震作用下大型贮油罐振动与罐内
储备油晃动的相互影响；化工行业中，长管道由于流体流动诱发的振动情况；海洋领域中海 洋石油平台在强波浪中的结构安全性能评估； 水利行业中， 水电工程中水轮机发电叶片与水流 的相互作用；生物领域中心脑血管和血液流动的相互影响，如图 1?2所示；航空航天领域中 飞机机翼绕流及颤振问题等都属于流固耦合作用问题，相应的分析都可归为流凅耦合分析 显然， 流固耦合作用
自古以来便一直存在 但是流固耦合分析以及其广泛应用是伴随着计 2 流固耦合分析基础 第 1 章 算流体力学囷计算固体力学的快速发展而产生和实现的。 所以要探究流固耦合的基本原理还需 要从计算流体力学和计算固体力学着手 图 1?2 典型的流凅耦合分析：立柱在风载下大变形 （左），心脑血管变形及血液流动 （右） 1.1.2
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