问题讨论：为什么未施加温度作用但产生了热膨胀？

本文摘要（由AI生成）：

本文讨论了在使用ANSYS Workbench进行热应力分析时，未施加温度作用却产生温度变形的情况。通过创建一个简单的立方块模型，并施加约束和微小法向力，发现模型在三个方向上都产生了明显的变形。分析原因发现，这是由于体的参考温度与环境温度不相等导致的温差，进而引起了热膨胀和温度应力。这一发现提醒了ANSYS用户在进行热应力分析时，需要特别注意参考温度与环境温度的设置。

在ANSYS Workbench热应力分析中，不知你是否曾遇到过这样的情形，即：未施加任何温度作用，但是模型中发生了显著的温度变形。为说明这一问题，本文举一个简单的例子。

如图1所示，创建一个1mX1mX1m的立方块模型，材质为结构钢，其热膨胀系数为1.2E-5（℃^-1），

图1 单位立方钢块

将此模型导入Mechanical中，对左侧面、底面、后侧面施加法向约束（frictionless support），而右侧面、顶面、前侧面保持自由，这样的约束使得立方块在三个方向都可以自由伸缩。由于Mechanical中没有荷载无法计算，因此我们随便在施加了法向约束的某个面上，比如左侧面上施加数值很小的一个法向力，显然此荷载对变形结果无影响，如图2所示。

图2 约束及荷载情况

图3 约束与荷载

由图3的列表中可见，并未施加任何温度作用对象。下面来添加变形分量结果，在Solution分支下通过右键菜单添加三次Insert>Deformation>Directional，依次选择X、Y及Z方向。求解后绘制各向位移分量如图4、图5、图6所示。

图4 X方向变形

图5 Y方向变形

图6 Z方向变形

由上述变形图可见，各个方向都产生了明显的变形，且变形最大值均相等，其数值为alpha*L*(T-Tref)=1.2E-5（℃^-1）×1m×10℃=0.00012m，温差是根据变形量反推的。

由于在分析环境中并未施加任何Thermal Condition，那么这个10℃的温差是如何产生的呢？

原来，在几何对象的属性中选择了By body的参考温度设置，而此温度与Static Structural中的环境温度不等，分别如图7和图8所示，这样就形成了10°的温差。

图7 体参考温度

图8 环境温度

由此可见，即便不施加Thermal Condition条件，当体的参考温度与环境温度不相等时，也会引起热膨胀，如果结构受到约束，还会引起温度应力。这一点是需要ANSYS用户注意的。