Глава 3. Общие процедуры теплового анализа

3.1. Краткий обзор главы

• Различают три основных этапа теплового анализа, выполняемого в программе ANSYS. Перечислим их:

1. построение модели;

2. приложение нагрузок и получение решения;

3. просмотр и анализ результатов.

• В первой половине главы содержится описание общей процедуры теплового анализа с тем, чтобы дать полное представление о том, как начать анализ.

• Во второй половине главы приведен простой пример, чтобы показать основные шаги, используемые в стационарном тепловом анализе.

Три стадии анализа с помощью программы ANSYS являются общими для всех типов анализа (прочностного, теплового, магнитного и т.д.).

Построение модели

Укажите имя-идентификатор (jobname), которое будет присваиваться всем файлам, используемым при анализе. Затем используйте препроцессор PREP7, чтобы задать свойства материалов, типы конечных элементов и геометрию модели.

Приложение нагрузок и получение решения

Используйте процессор решения (SOLUTION) для того, чтобы указать вид анализа и условия приложения тепловых нагрузок, а затем инициализировать получение конечно-элементного решения.

Значительная часть информации, которая задается на стадии решения (тип и опции нагрузок), может быть также указана с помощью процессора PREP7. Однако для задания таких данных предпочтительнее использовать процессор решения SOLUTION.

Просмотр результатов

Для просмотра результатов используйте постпроцессор общего назначения (POST1) или постпроцессор истории нагружения (POST26). Оценивайте результаты с помощью их графического отображения на экране, табличных распечаток, графиков в координатах X-Y и т.д.

Постпроцессор общего назначения POST1 используется для просмотра результатов для всей модели, относящихся к одному шагу по времени. Постпроцессор истории нагружения POST26 используется для обзора результатов во всем временном интервале.

3.2. Поток данных в типичном тепловом анализе

Все фазы ANSYS анализа обращаются к одной общей базе данных. Поток данных в типичном тепловом анализе показан на схеме ниже.

Файл данных

Программа ANSYS работает с одной большой базой данных, которая сохраняет все входные данные и полученные результаты. Преимущество общей базы данных состоит в том, что данные, определенные в одном процессоре, являются доступными для других процессоров. Это означает, что можно выбирать, вносить в список и отображать большинство данных модели из любого места программы.

Команда SAVE может использоваться в любое время в течение анализа, чтобы сохранить базу данных. (Команда сохранения должна использоваться для того, чтобы позже дать возможность использовать команду восстановления данных.) База данных записана в файл с именем Jobname.DB. Команда восстановления RESUME используется для считывания содержимого файла базы обратно в базу данных.

Результаты, полученные на стадии решения записываются в файл для теплового анализа, называемый Jobname.RTH. В этот файл записываются результаты для всех промежуточных шагов решения, тогда как в базе данных сохраняются результаты только для последнего расчетного шага. Это дает возможность обратиться к окончательным результаты анализа сразу же после завершения процесса решения.

• Ниже приводится план действий пользователя при выполнении теплового анализа, который состоит из трех частей, соответствующих трем стадиям анализа.

• Пользователям программы ANSYS большинство приведенных в этом плане действий должно быть знакомо.

• Шаги, которые являются типичными для простого стационарного теплового анализа, помечены в плане. Они будут рассмотрены на примере расчета.

• В следующих главах будут подробно рассмотрены те шаги, которые требуют больше времени и внимания.

3.3. План типичного теплового анализа

• Ввод программы ANSYS системной командой.

Построение модели

• Задание имени (jobname) задачи командой /FILNAME*.

• Задание заголовка анализа командой /TITLE*.

• Задание системы единиц командой /UNITS*.

• Ввод препроцессора PREP7 командой /PREP.

• Задание типа элементов и опций командой ET или с помощью панели управления.

• Задание реальных констант командой R или с помощью панели управления**.

• Задание свойств материалов командой MP.

• Создание геометрии модели с помощью твердотельного моделирования или прямой генерацией узлов и элементов:

• построение модели;

• задание параметров сетки командами ESIZE, ESHARE и т.д.;

• сохранение базы данных командой SAVE*;

• построение сетки командой xMESH;

• выход из препроцессора PREP7 командой FINISH.

Приложение нагрузок и получение решения

• Ввод процессора решения SOLUTION командой /SOLU.

• Задание вида и опций анализа командой ANTYPE или с помощью панели управления **.

• Приложение нагрузок

ограничение степеней свободы - задание температур командами D, DK;

задание “тепловой нагрузки“ (теплового потока) командами F, FK;

задание поверхностных нагрузок (конвекции и плотности теплового потока) командами SF, SFL;

задание объемных нагрузок (генерации тепла) командой BF;

• Определение опций шага нагрузки**.

• Сохранение базы банных командой SAVE*

• Запуск задачи на счет командой SOLVE.

• Выход из процессора SOLUTION командой FINISH.

Просмотр результатов

• Ввод постпроцессора POST1 командой /POST1.

• Восстановление базы данных командой RESUME**.

• Считывание результатов из файла результатов командой SET**.

• Считывание результатов для ряда элементов командой ETABLE**.

• Показ результатов с помощью команд PLNSOL, PLESOL, PLETAB и т.д.

• Получение листинга результатов командами PRNSOL, PRESOL, PRETAB.

• Выход из постпроцессора POST1 с помощью команды FINISH.

Выход из программы ANSYS (/EXIT)

____________________________________________________

*Этот шаг необязателен, но рекомендуется его выполнять.

**Этот шаг может и не потребоваться.

ПРИМЕР

• Через толстостенный цилиндр протекает горячая жидкость. Каково будет распределение температуры в стенке цилиндра?

Теплопроводность материала цилиндра равна k.

Все размеры приведены в сантиметрах (масштаб отсутствует).

Значения исходных данных для этого примера:

k	=	2.15	Вт/см.С
hfi	=	2.75	Вт/см2.С
TВi	=	650	С
hfo	=	1.90	Вт/см2.С
TВo	=	24	С