干货 | ANSYS Workbench热辐射分析_ACT_Mechanical_Workbench_System_Flux

干货 | ANSYS Workbench热辐射分析

纵横CAE

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因热的原因发出辐射的现象称为热辐射。热辐射是一个动态过程，不需要传热介质。任何物体只要温度高于绝对零度，就会不停地向外辐射能量。

物体之间相互辐射和吸收能量的过程称之为辐射散热。当物体温度处于平衡状态时，则它们之间辐射和吸收的能量相等，处于热的平衡状态。

工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系统中每个物体同时辐射并吸收热量，某物体的净热量传递符合斯蒂芬-玻尔兹曼方程：

式中，Q为该物体的热流率；ε为该物体的发射率；σ为黑体辐射常数；A1为物体参与辐射的表面的面积；F12为由辐射面1到辐射面2的形状系数；T1为辐射面1的绝对温度；T2为辐射面2的绝对温度。

ANSYS Workbench热辐射分析项目流图

本文以稳态热分析为例，详细讲解ANSYS Workbench热辐射分析流程，其项目流程图如图1所示，具体步骤如下所述。

Step 1：建立分析项目

启动ANSYS Workbench，添加Analysis Systems中的稳态热分析Steady-State Thermal。

Step 2：导入几何模型

右击项目流程中的Geomrtry——>Import Geometry——>Browse，选择路径导入几何模型。

Step 3：生成几何模型

双击项目流程中的Geomrtry，进入DesignModeler界面，设置单位为mm，单击Generate显示几何体，关闭DesignModeler。

Step 4：添加材料属性

双击项目流程图中的Engineering Data，右击空白界面选择Engineering DataSources，点击欲添加材料后面的“+”号，也可以根据工程需要修改材料属性，重要的是热导率Thermal Conductivity。

Step 5：进行网格划分

双击项目流程图中的Model，进入Mechanical界面，点击Mesh进行网格设置，建议采用映射网格划分方法（参见文章：干货 | ANSYS Workbench映射网格划分方法），网格疏密对结果影响不大。

Step 6：添加约束和载荷

单击模型树中的Steady-State Thermal，出现Environment工具栏，下方面板设置初始温度Initial Temperature（一般为22℃），并按以下操作添加辐射边界。

(1) 命名参与辐射的点、线、面。右击Geometry下的任意零件（或者单击Model）——>Create NamedSelection——>视图区选择点、线、面——>点击Apply——>右击Selection——>Rename重命名。

(2) 对于面-环境辐射。选择辐射面Geometry，设置Correlation为To Ambient，辐射面发射率Emissivity，以及环境温度Ambient Temperature。

(3) 对于面-面辐射。需要设置一对辐射对，即插入两个Radiation进行两次辐射设置，每次选择面-面辐射的单边辐射面Geometry，设置Correlation为SurfaceTo Surface、辐射面发射率Emissivity、辐射对Enclosure以及辐射对类型Enclosure Type。

Step 7：求解与结果后处理

(1) 右击Solution Information——>Insert——>Temperature，插入温度结果跟踪器——>窗口选择跟踪的几何单元，下方参数面板中点击Geometry中的Apply。

(2) 单击Solution，选择Thermal，添加Temperature（温度)、Total Heat Flux（热通量，也叫热流密度）等。

(3) 右击Solution ——>Probe——>添加反作用探测器Reaction——>下方设置窗口设置Location Method等，右击Solution选择Equivalent AllResults。

(4) 右击模型树中的Steady-State Thermal，点击Solve，求解模型。

(5) 点击模型树中Solution下的Temperature和Total Heat Flux，得到温度和热流量分布云图。点击Reaction Probe，检测点/线/面的热量流动情况。

来源：纵横CAE

干货 | ANSYS Workbench大质量法操作流程

在ANSYS中，求解谐响应、随机响应、瞬态响应时，无法施加加速度或位移激励，需通过大质量法将加速度激励转为力激励加载，从而实现等效转换分析。大质量法在动力学分析中广泛应用，通过建立大质量点，并在质量点和约束点之间建立刚性连接，然后在大质量点上施加载荷使约束点的动力响应与试验输入条件一致。ANSYS Workbench进行动力学分析前，先建立一个大质量节点，然后将大质量节点与结构安装接口节点相连接，分析时将约束和载荷施加在大质量节点上。具体方法如下所述。Step 1：点击导航树中的Geometry，工具栏选择点质量Point Mass（理想的质量点，用于增加结构的惯性质量或施加惯性载荷等）。 Step 2：下方列表中设置Applied By为Remote Attachment，图形区选择与点质量相固连的点/线/面，点击明细窗口Geometry中的Apply。Step 3：选择点质量的坐标系Coordinate System、输入点质量质心或中心坐标、输入质量Mass和转动惯量、变形行为Behavior（一般为Deformable）、球半径Pinball Region（默认设置Default Setting为All，此时点质量平均分配到连接几何体的所有节点上）。 Step 4：右击Point Mass，选择Promote to Remote Point，模型树中出现Remote Points，展开后下方出现PointMass-Remote Point。Step 5：添加远端约束Remote Displacement。模态法瞬态分析需要约束全部自由度为0，而直接法瞬态分析需要保持激励方向自由为Free、其余方向全部约束为0。Step 6：添加远端力Remote Force时，下方列表Scoping Method选择Remote Point，然后Remote Point选择Point Mass-Remote Point。特别注意：运用大质量法必须使产品质量相对于上一级振动结构非常小，从而在两者之间不产生动力耦合作用。为了保证计算的精度，大质量点取结构质量的1e3~1e8倍，推荐取1e6倍。来源：纵横CAE