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一文搞懂Ansys Workbench非线性热分析

纵横CAE

1月前浏览1221

热分析是工程中经常遇到的分析类型之一，通常用来校验结构在热环境下的特性, 可以计算出结构内的温度场分布以及热梯度、热流密度等物理量，从而通过热控方法优化产品的温度适应性。

和其它分析类型一样，传热过程也存在大量的非线性，虽然有些可以简化为线性问题，但还是有很多非线性因素需要在考虑，如材料性能随温度变化、边界条件随温度变化、非线性单元、辐射传热等。

前期文章系统总结了Ansys Workbench非线性不收敛解决办法，详细讲解了Ansys Workbench热辐射分析。本文将讲解Ansys Workbench非线性热分析，基本步骤与前述文章相同，只是需要考虑并设置以下环节。

1 材料属性

材料性能随着温度的变化而呈现出非线性的特征，这是常见的传热非线性问题。设置材料属性时，考虑热导率、比热、密度、热焓等随温度变化曲线。如设置热导率时，在右上方表格中输入各温度对应的数值。

2 边界条件

边界条件如果是随温度变化而变化，那也大多呈现非线性。设置边界条件时，考虑热流率、热流密度、对流换热系数、发射率等随温度变化曲线。根据实际工况，每种边界条件都有可能表现基于温度变化的非线性。

如设置热对流时，在下方参数面板中点击Film Coefficient后面的小三角，选择Tabular，设置Coefficient Type为对流表面Surface Temperature或环境温度Bulk Temperature等、Independent Variable为Temperature，输入环境中流体介质温度Ambient Temperature，然后在右下方表格中输入各温度对应的对流换热系数。

3 收敛控制

非线性因素既可以存在于稳态问题中，也可以存在于瞬态问题中。对于非线性较强的模型，默认的求解器设置可能会不收敛，需要调整载荷步长、时间步长、收敛准则和迭代次数等参数来保证计算的收敛。

点击Analysis Settings，展开下方参数设置面板中的Nonlinear Controls，设置Heat Convergence和TemperatureConvergence均为On，设置Value为0.1，Tolerance为10-4％。

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来源：纵横CAE

月饼CAE仿真分析

纵横CAE恭祝大家中秋佳节快乐！中秋假期即将结束，相信各位小伙伴都吃到了美味的月饼。小编在吃的时候不禁想到，月饼被咬下或者掰开的时候，是什么样的受力情况呢？今天，小编就以月饼为例，教大家如何完成一次基础的结构仿真分析。1 构建几何模型在Solidworks环境下，构建月饼几何模型，如下图所示。由于Solidworks已关联Ansys Workbench，直接点击工具，选择Ansys Workbench，将月饼模型传输至Workbench的Germetry中。具体参见前期文章：Ansys Workbench关联Solidworks。“纵横CAE”牌月饼几何模型2 创建分析流程进入Workbench流程界面后，设置Units为Metric(tone,mm,s,℃,mA,N,mV)。拖拉Analysis Systems中的Modal、Static Structural至Geometry，创建月饼静力学和自由模态分析流程，如下图所示。点击File，选择Save，命名并保存分析项目。“纵横CAE”牌月饼CAE仿真分析流程“纵横CAE”牌月饼有限元网格划分3 手掰月饼仿真模型生成、材料定义、网格划分、单元设置等参见前期文章：Ansys Workbench刀具切削仿真。假设用手掰开月饼右侧，展开Supports，添加Fixed Supports，约束月饼左侧面。展开Loads添加Force，在月饼右侧正面向下施加一个50N的掰力，如下图所示。“纵横CAE”牌月饼边界条件右击Solution，选择Solve，进行求解计算。求解完成后，添加等效应力Equivalent Stress和总位移Total Deformation。右击Solution，选择Evaluate All Results，计算完成后查看动画，分析位移云图和应力云图，如下图所示。“纵横CAE”牌月饼位移云图“纵横CAE”牌月饼应力云图4 自由模态分析分析月饼自身固有振动特性，不设置约束边界条件。进行Analysis Settings设置后，右击Modal，点击Solve，求解模型。单击Solution，查看月饼前12阶固有频率。其中，前6阶固有频率为0或很小的小数，称为月饼刚体模态。“纵横CAE”牌月饼模态阶数设置添加6个变形(total)，分别设置Mode为7~12阶，选择Equivalent All Results。单击Total Deformation，查看月饼模态云图，如下图所示。“纵横CAE”牌月饼7~12阶模态振型喜欢作者，请点赞和在看来源：纵横CAE