Fluent｜热应力计算

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了在Fluent 2021R1版本中利用新增的热应力求解功能计算铝板在温差影响下的热应力。通过设定铝板的尺寸、温度边界条件及约束，使用Fluent进行温度场和热应力场的计算。计算结果显示了铝板的温度分布、总位移分布和米塞斯应力分布。同时，文章还对比了传统使用结构求解器进行热应力计算的流程，并指出两种方法在位移计算结果上的一致性以及应力计算结果存在的偏差。

本文演示在Fluent中求解计算热应力的基本流程。

Fluent 2021R1版本中的Structure模型中添加了热应力求解功能，利用该功能能够在Fluent中直接求解结构在温差影响下的热应力。

计算模型为如图所示的铝板，其尺寸为100*20*5mm。板子的一端温度为50℃，另一端温度80℃，其他边界为绝热，同时板子两端固定，计算在温差作用下的热应力。

1 Fluent计算

• 计算网格1 mm，生成全六面体网格，如下图所示

• 更换温度单位为摄氏度C

• 激活能量方程
• 将计算区域更改为固体域

• 激活Structural Model，选择Linear Elasticity，激活选项Thermal Effects

注：只有激活了选项Thermal Effects才能考虑热应力。

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• 设置材料介质参数

• 指定左侧边界温度为50 C

• 左侧边界位移全约束

• 指定另一侧温度为80 C

• 右侧边界位移全约束

• 不计算流动与湍流方程

• 初始化计算

• 进行计算

• 计算得到的温度分布

• 计算得到的总位移分布

• 计算得到的米塞斯应力分布

2 利用结构求解器计算

传统的热应力计算流程如下图所示。需要使用Thermal求解器与structural求解器耦合计算。

• 设置材料参数，确保与前面的材料参数一致

• 网格尺寸1 mm，网格如下图所示

• 指定温度为50 C

• 指定另一侧温度为80 C

• 右键选择Solution(A6)，选择弹出菜单项Solve进行温度场求解
• 在B5上为两端面添加位移约束，如下图所示

• 导入前面计算得到的温度场

• 求解B6节点，得到的总位移分布如下图所示

位移计算结果与Fluent中保持一致。

• 应力计算结果如下图所示

应力计算结果并不完全一致，不过只是最大应力和最小应力有偏差，几何体上的应力分布其实是一致的。目前尚不明确位移一致而应力不一致的原因是什么。