有限元热分析上机指导书.doc

节选段落一：
第四讲 热分析上机指导书
CAD/CAM实验室，USTC
实验要求：
1、通过对冷却栅管的热分析练习，熟悉用ANSYS进行稳态热分析的基本过程，熟悉用直接耦合法、间接耦合法进行热应力分析的基本过程。
2、通过对铜块和铁块的水冷分析，熟悉用ANSYS进行瞬态热分析的基本过程。
内容1：冷却栅管问题
问题描述：本实例确定一个冷却栅管（图a）的温度场分布及位移和应力分布。一个轴对称的冷却栅结构管内为热流体，管外流体为空气。


节选段落二：
冷却栅材料为不锈钢，特性如下：
导热系数：25.96 W/m℃
弹性模量：1.93×109 MPa
热膨胀系数：1.62×10-5 /℃
泊松比：0.3
边界条件：
（1）管内：压力：6.89 MPa
流体温度：250 ℃
对流系数249.23 W/m2℃
（2）管外：空气温度39℃
对流系数：62.3 W/m2℃
假定冷却栅管无限长，根据冷却栅结构的对称性特点可以构造出的有限元模型如图b。其上下边界承受边界约束，管内部承受均布压力。
练习1－1：冷却栅管的稳态热分析
步骤：
1.


节选段落三：
轴向应力分布
环向应力分布
提示：冷却栅管的热应力分布也可以用直接耦合法求解。回顾上课时的内容，直接耦合法的求解和间接法有何区别？
与间接耦合法分别求解不同，直接耦合法将结构分析的载荷和热分析的载荷同时加载求解。大家可以试一试，看求解结果是否和间接耦合法一致。
注意：单元类型必须是耦合单元，推荐Coupled Field Vector Quad13。其余过程大致和间接耦合法差不多。
内容2：铜铁水冷问题
问题描述：一个30公斤重、温度为70℃的铜块,以及一个20公斤重、温度为80℃的铁块，突然放入温度为20℃、盛满了300升水的、完全绝热的水箱中,如图所示。