ANSYS WORKBENCH热应力简单案例

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1 前言

    温度改变时，物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束，使其不能完全自由胀缩而产生的应力叫做热应力，也叫变温应力。比如当一个设备由多种材料组成时，即使各个部分温度一致，若各个材料的热膨胀性不一样，则会产生热应力，有时候这种应力的存在对设备影响很大，在设计制造时需要注意。今天我们就做这样一个简单的案例，供学习交流。

2 建模与网格

    在WORKBENCH建立如下的热力耦合分析模块。

    建立如下两块0.2m×0.1m×0.01m的金属块，他们之间通过一定的方式进行固结。

3 边界设置

    热边界设定。对所有外部面施加100℃的温度边界，也就是两个金属块温度一致。

    接触边界设定。将固结面设定为接触边界，类型为绑定接触。

    力学边界设定。对两个金属块的一个端面施加固定边界，其余为自由面。

4 计算结果

    分别计算了两个金属块都是碳钢以及一个为碳钢一个为铝合金的情况，由于铝的热膨胀性更大，因此会造成更大的热应力。

4.1 材料均为碳钢

    我们重点看一下固结面的摩擦应力，可以看出由于材料一致，两者的热变形基本是一样的，因此固结面的摩擦应力很小。

    对于以上的结果，我们也可以从以下的位移图看出，两个金属块往同一个方向变形。

4.2 材料分别为碳钢和铝合金

    此时，固结面的摩擦应力如下，可以看出此时的摩擦应力相比之前有了显著的增大，这是因为两个金属块材料不同，通过固结面相互制约变形。

    我们再看一下变形图，由于两者材料不同，热变形量也不同，相互制约，整个结构在这种情况下发生了弯曲变形。