Стационарный тепловой анализ

Цель работы: провести стационарный тепловой анализ конструкции (рис. 23)

Конструкция: пластина с двумя отверстиями, находящаяся в воздухе с температурой 20⁰C и нижняя сторона пластины (по рис. 23) нагрета до температуры 110⁰C. Пластина считается тонкой, т.е. градиент температуры по толщине пластины равен нулю.

 

 

 

Тип анализа	Нелинейный тепловой расчет конструкции
Тип используемого конечного элемента	Двумерный твердотельный (Solid)
Тип граничных условий	Конвекция
Возможности	Задание теплопроводности как функции температуры, распределение температуры по конструкции

 

Р Рис. 23

Порядок выполнения работы:

Задаем рабочее имя:

UTILITI MENU => FILE => CHANGE JOBNAME … задаем переменной FILNAM свое значение вместо указанного FILE, при этом изменяется имя проекта (группы файлов).

 

1. Определяем тип анализа:

MAIN MENU => PREFERENCES… => THERMAL => ОК (тепловой расчет).

 

2. Выбираем тип используемого элемента, задаём его толщину и определяемся со свойствами материала:

1. Выбираем конечный элемент – MAIN MENU => PREPROCESSOR => ELEMENT TYPE => ADD/EDIT/DELETE… => ADD… => THERMAL SOLID QUAD 4 NODE 55 => OK => CLOSE.

Задаем материал:

M.M. => PREPROCESSOR => MATERIAL PROPS => MATERIAL MODELS. Затем, следуя цифрам на рисунке 21, выполняем действия:

1)

Двойным нажатием мыши на указанные папки выполните: THERMAL => CONDUCTIVITY => ISOTROPIC. В окне CONDUCTIVITY FOR MATERIAL NUMBER 1 нажимаем три раза на кнопку ADD TEMPERATURE и в полях TEMPERATURES задайте (двойными нажатиями): 20, 60, 100; в полях KXX задайте 30, 55, 95 (задали зависимость коэффициента теплопроводности материала пластины от температуры).

2) Аналогично раскрываем DENSITY и в поле DENS задаем 7800 кг/м³ => OK=>Material=>Exit (задали плотность материала)

 

3. Строим деталь (рис. 25):

А. Прямоугольник со сторонами 0.5 и 0.75 метра:

M.M. => PREPROCESSOR => – MODELING – CREATE => – AREAS – RECTANGLE => BY DIMENSIONS… и задаем координаты X1, X2 и Y1, Y2 равные 0, 0.5 и 0, 0.75 соответственно. Нажимаем ОК.

Б. Окружность радиусом 0.1 метра, с координатами центра окружности 0.25, 0.15 по оси OX и OY:

M. M. => PREPROCESSOR => – MODELING – CREATE => – AREAS – CIRCLE => SOLID CIRCLE далее задаем указанные координаты и радиус и нажимаем ОК (появляется белая окружность).

В. Окружность радиусом 0.1 метра, с координатами центра окружности 0.25, 0.6 по оси OX и OY:

M. M. => PREPROCESSOR => – MODELING – CREATE => – AREAS – CIRCLE => SOLID CIRCLE далее задаем указанные координаты и радиус и нажимаем ОК (появляется вторая белая окружность).

 

4. Создаем конструкцию посредством логического вычитания геометрических объектов (рис. 25):

M. M. => PREPROCESSOR => – MODELING – OPERATE => – BOOLEANS – SUBTRACT => AREAS, затем нажимаем на прямоугольник 1 и на ОК, далее нажимаем сначала на окружность 2, потом 3, потом ОК.

СОХРАНИТЬ МОДЕЛЬ!!! – нажав SAVE_DB (вверху справа окна, если понадобится открыть модель то войти в File => Resume from).

5. Разбиваем конструкцию на конечные элементы рис. 26:

А. Задаем средний размер грани конечных элементов:

M. M. => PREFERENCES => – MESHING – SIZE CNTRLS => – MANUAL SIZE – – GLOBAL – SIZE и переменной SIZE присваиваем значение 0.025, нажимаем ОК.

Б. Проводим разбиение:

M.M. => PREFERENCES => – MESHING – MESH => – AREAS – FREE => PICK ALL.

 

5. Задаем граничные условия рис. 26:

А. Задаем температуру окружающей среды, контактирующую с поверхностью конструкции: M.M. => SOLUTION => – LOADS – APPLY => CONVECTION => ON AREAS и нажимаем на поверхность, потом ОК. В окне, переменной VALI и VAL2I присваиваем значение 20 и нажимаем ОК.

Б. Задаем температуру, действующую на линию 2 (внизу):
M.M. => SOLUTION => – LOADS – APPLY => CONVECTION => ON LINES и нажимаем на данную линию, потом ОК. В окне, переменной VALI и VAL2I присваиваем значение 110 и нажимаем ОК.

В. Определяем величину шага интегрирования при решении:

M.M. => SOLUTION => – LOAD STEP OPTS – TIME/FREQUENC => TIME AND SUBSTPS и в окне задаем переменным TIME и NSUBST значение 1 и нажимаем ОК.

 

6. Проводим расчет:

M.M. => SOLUTION => – SOLVE – CURRENT LS => OK.

 

7. Просматриваем результаты:

А. Картины распределения температуры:

M.M. => GENERAL POSTPROC => PLOT RESULTS => – CONTOUR PLOT – NODAL SOLU => DOF SOLUTION => OK.

 

Содержание отчета: краткие теоретические сведения, подробное описание всех шагов расчета с помощью ANSYS при проведении теплового анализа, рисунки состояния детали после приложения нагрузок. Выводы.