ANSYS瞬態(tài)熱分析教程及實(shí)例2021匯報(bào)人：AA2024-01-19Contents目錄瞬態(tài)熱分析概述ANSYS瞬態(tài)熱分析基礎(chǔ)建模與網(wǎng)格劃分技巧加載與求解過(guò)程詳解后處理及結(jié)果展示方法實(shí)例：電子設(shè)備散熱問(wèn)題瞬態(tài)熱分析總結(jié)與展望瞬態(tài)熱分析概述01瞬態(tài)熱分析研究物體在隨時(shí)間變化的熱載荷作用下的溫度場(chǎng)和熱應(yīng)力場(chǎng)的變化規(guī)律。與穩(wěn)態(tài)熱分析的區(qū)別瞬態(tài)熱分析考慮時(shí)間因素對(duì)溫度場(chǎng)的影響，而穩(wěn)態(tài)熱分析不考慮時(shí)間因素。瞬態(tài)熱分析定義用于預(yù)測(cè)電子元件在瞬態(tài)熱載荷下的溫度變化和熱應(yīng)力分布，指導(dǎo)散熱設(shè)計(jì)。電子設(shè)備散熱設(shè)計(jì)航空航天領(lǐng)域汽車工業(yè)用于分析飛行器在高速飛行過(guò)程中的瞬態(tài)熱響應(yīng)，確保飛行器的安全性和可靠性。用于研究發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車系統(tǒng)等關(guān)鍵部件在瞬態(tài)熱載荷下的性能表現(xiàn)，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。030201瞬態(tài)熱分析應(yīng)用領(lǐng)域ANSYS提供高效的求解器，能夠處理復(fù)雜的瞬態(tài)熱分析問(wèn)題，快速準(zhǔn)確地得到分析結(jié)果。強(qiáng)大的求解器ANSYS內(nèi)置豐富的材料庫(kù)，支持用戶自定義材料屬性，能夠準(zhǔn)確模擬各種材料的瞬態(tài)熱響應(yīng)。豐富的材料庫(kù)ANSYS提供多種建模方式，支持直接建模和參數(shù)化建模，方便用戶快速建立復(fù)雜的瞬態(tài)熱分析模型。靈活的建模方式ANSYS提供強(qiáng)大的后處理功能，支持多種結(jié)果展示方式，如溫度云圖、熱流線、動(dòng)畫等，方便用戶直觀地查看和分析結(jié)果。先進(jìn)的后處理功能ANSYS在瞬態(tài)熱分析中優(yōu)勢(shì)ANSYS瞬態(tài)熱分析基礎(chǔ)0203邊界條件物體與外界環(huán)境的熱交換條件，如對(duì)流、輻射等，需要在分析中設(shè)定。01熱傳導(dǎo)方程描述物體內(nèi)部溫度分布隨時(shí)間變化的方程，是瞬態(tài)熱分析的基礎(chǔ)。02初始條件瞬態(tài)熱分析中，需要設(shè)定物體在初始時(shí)刻的溫度分布作為求解的起點(diǎn)。熱傳導(dǎo)基本方程在分析前，需要為模型設(shè)定一個(gè)初始的均勻溫度場(chǎng)或非均勻溫度場(chǎng)。設(shè)定初始溫度根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的邊界條件類型，如對(duì)流邊界條件、輻射邊界條件等。設(shè)定邊界條件類型為選定的邊界條件類型設(shè)定具體的參數(shù)值，如對(duì)流換熱系數(shù)、環(huán)境溫度等。設(shè)定邊界條件參數(shù)初始條件和邊界條件設(shè)定熱傳導(dǎo)系數(shù)比熱容密度其他熱物性參數(shù)材料屬性定義材料傳導(dǎo)熱量的能力，不同材料具有不同的熱傳導(dǎo)系數(shù)。材料的密度，與比熱容一起決定材料的熱容，影響溫度響應(yīng)的時(shí)間常數(shù)。單位質(zhì)量的材料溫度升高1℃所需的熱量，影響物體內(nèi)部的溫度分布。如熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率隨溫度的變化等，可根據(jù)需要進(jìn)行定義。建模與網(wǎng)格劃分技巧03選擇合適的建模軟件根據(jù)分析需求和個(gè)人習(xí)慣，選擇如SolidWorks、AutoCAD等建模軟件創(chuàng)建幾何模型。簡(jiǎn)化模型去除對(duì)分析結(jié)果影響較小的細(xì)節(jié)，如倒角、小孔等，以提高計(jì)算效率。設(shè)置材料屬性為模型各部分指定正確的材料屬性，如熱傳導(dǎo)系數(shù)、比熱容等。建立幾何模型利用ANSYS的自動(dòng)網(wǎng)格劃分功能，快速生成網(wǎng)格。適用于簡(jiǎn)單模型或初步分析。自動(dòng)網(wǎng)格劃分對(duì)復(fù)雜模型或關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行手動(dòng)網(wǎng)格劃分，以更好地控制網(wǎng)格質(zhì)量和計(jì)算精度。手動(dòng)網(wǎng)格劃分結(jié)合自動(dòng)和手動(dòng)網(wǎng)格劃分方法，兼顧計(jì)算效率和精度?；旌暇W(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分策略網(wǎng)格平滑使用網(wǎng)格平滑技術(shù)，優(yōu)化網(wǎng)格形狀，減少畸形網(wǎng)格，提高計(jì)算穩(wěn)定性。網(wǎng)格質(zhì)量檢查利用ANSYS的網(wǎng)格質(zhì)量檢查工具，確保網(wǎng)格質(zhì)量滿足分析要求。對(duì)于質(zhì)量較差的網(wǎng)格，進(jìn)行修復(fù)或重新劃分。網(wǎng)格細(xì)化在關(guān)鍵區(qū)域或應(yīng)力集中處細(xì)化網(wǎng)格，以提高計(jì)算精度。提高網(wǎng)格質(zhì)量方法加載與求解過(guò)程詳解04施加溫度載荷定義溫度載荷在ANSYS中，可以通過(guò)定義溫度載荷來(lái)模擬瞬態(tài)熱分析過(guò)程中的溫度變化?？梢赃x擇在整個(gè)模型或特定區(qū)域上施加均勻或非均勻的溫度載荷。施加溫度邊界條件為了更準(zhǔn)確地模擬實(shí)際情況，可以在模型的邊界上施加溫度邊界條件。例如，可以指定某些表面的溫度值或溫度梯度。選擇求解器01ANSYS提供了多種求解器用于瞬態(tài)熱分析，如直接求解器、迭代求解器等。根據(jù)問(wèn)題的復(fù)雜性和計(jì)算資源的可用性，選擇合適的求解器。設(shè)置時(shí)間步長(zhǎng)02在瞬態(tài)熱分析中，時(shí)間步長(zhǎng)的選擇對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性和計(jì)算效率都有重要影響。較小的時(shí)間步長(zhǎng)可以提高準(zhǔn)確性，但會(huì)增加計(jì)算時(shí)間。因此，需要根據(jù)實(shí)際情況權(quán)衡選擇。定義輸出選項(xiàng)03可以設(shè)置需要輸出的結(jié)果，如溫度、熱流密度、熱梯度等。此外，還可以定義輸出的頻率和格式。設(shè)置求解參數(shù)運(yùn)行求解器并監(jiān)控進(jìn)度設(shè)置好所有參數(shù)后，可以啟動(dòng)求解器開(kāi)始計(jì)算。在求解過(guò)程中，可以通過(guò)ANSYS提供的監(jiān)視工具實(shí)時(shí)查看計(jì)算進(jìn)度和結(jié)果。監(jiān)控求解進(jìn)度通過(guò)監(jiān)視工具，可以了解當(dāng)前的計(jì)算進(jìn)度、已完成的步驟、剩余的計(jì)算時(shí)間等信息。這有助于用戶合理安排時(shí)間和資源，以及對(duì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行必要的調(diào)整。查看和保存結(jié)果計(jì)算完成后，可以查看和保存計(jì)算結(jié)果。ANSYS提供了豐富的后處理工具，可以幫助用戶直觀地分析和理解計(jì)算結(jié)果。啟動(dòng)求解器后處理及結(jié)果展示方法05打開(kāi)后處理軟件查看溫度場(chǎng)分布云圖啟動(dòng)ANSYS的后處理軟件，并導(dǎo)入瞬態(tài)熱分析的結(jié)果文件。選擇查看云圖在后處理軟件中，選擇查看溫度場(chǎng)分布云圖的選項(xiàng)。根據(jù)需要，調(diào)整云圖的顏色、范圍、透明度等參數(shù)，以便更清晰地展示溫度場(chǎng)分布情況。調(diào)整云圖參數(shù)選擇關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或區(qū)域在后處理軟件中，選擇需要提取溫度數(shù)據(jù)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或區(qū)域。導(dǎo)出數(shù)據(jù)將提取的溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)出為表格或圖形文件，以便進(jìn)一步分析和處理。提取溫度數(shù)據(jù)通過(guò)相關(guān)操作，提取所選節(jié)點(diǎn)或區(qū)域在瞬態(tài)熱分析過(guò)程中的溫度數(shù)據(jù)。提取關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或區(qū)域溫度數(shù)據(jù)創(chuàng)建動(dòng)畫在后處理軟件中，選擇創(chuàng)建動(dòng)畫的選項(xiàng)，并設(shè)置動(dòng)畫的參數(shù)，如時(shí)間步長(zhǎng)、幀率等。演示溫度變化過(guò)程通過(guò)動(dòng)畫演示，可以直觀地展示瞬態(tài)熱分析過(guò)程中溫度的變化情況。導(dǎo)出動(dòng)畫將創(chuàng)建的動(dòng)畫導(dǎo)出為視頻或GIF文件，以便在其他場(chǎng)合進(jìn)行展示和分享。生成動(dòng)畫演示溫度變化過(guò)程030201實(shí)例：電子設(shè)備散熱問(wèn)題瞬態(tài)熱分析06劃分網(wǎng)格，確保計(jì)算精度和效率。定義材料的熱物性參數(shù)，如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等。建立設(shè)備的三維模型，包括主要熱源、散熱器和周圍環(huán)境。問(wèn)題描述：某電子設(shè)備在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，需對(duì)其散熱性能進(jìn)行瞬態(tài)熱分析，以評(píng)估設(shè)備的熱穩(wěn)定性和可靠性。建模過(guò)程問(wèn)題描述與建模過(guò)程施加設(shè)備的熱源功率，模擬實(shí)際工作條件下的發(fā)熱情況。求解過(guò)程運(yùn)行求解器，計(jì)算設(shè)備在給定時(shí)間內(nèi)的溫度變化。加載過(guò)程設(shè)置初始條件和邊界條件，如環(huán)境溫度、散熱器表面換熱系數(shù)等。選擇瞬態(tài)熱分析求解器，設(shè)置求解時(shí)間和步長(zhǎng)。010203040506加載與求解過(guò)程03提取關(guān)鍵點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化曲線，評(píng)估設(shè)備的熱響應(yīng)特性。01結(jié)果展示02通過(guò)云圖、等值線等方式展示設(shè)備在瞬態(tài)過(guò)程中的溫度分布。結(jié)果展示及優(yōu)化建議02030401結(jié)果展示及優(yōu)化建議優(yōu)化建議針對(duì)散熱瓶頸區(qū)域，優(yōu)化散熱器結(jié)構(gòu)或增加散熱面積。考慮采用更高效的散熱材料或技術(shù)，如熱管、液冷等?？刂圃O(shè)備的工作溫度范圍，避免過(guò)高或過(guò)低的溫度對(duì)設(shè)備性能造成不良影響。總結(jié)與展望07本次教程內(nèi)容回顧ANSYS瞬態(tài)熱分析基本原理介紹了瞬態(tài)熱分析的基本概念、原理和求解方法，包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射等。建模與網(wǎng)格劃分詳細(xì)講解了如何在ANSYS中建立瞬態(tài)熱分析模型，包括幾何建模、材料屬性設(shè)置、網(wǎng)格劃分等步驟。邊界條件與載荷施加介紹了如何設(shè)置瞬態(tài)熱分析的邊界條件和施加載荷，包括溫度、熱流密度、對(duì)流換熱等。求解與后處理講解了如何進(jìn)行瞬態(tài)熱分析的求解和后處理，包括查看溫度云圖、熱通量云圖、溫度歷程曲線等。加深了對(duì)瞬態(tài)熱分析的理解通過(guò)本次教程的學(xué)習(xí)，學(xué)員們對(duì)瞬態(tài)熱分析的基本原理和求解方法有了更深入的理解。學(xué)員們通過(guò)實(shí)踐練習(xí)，掌握了在ANSYS中進(jìn)行瞬態(tài)熱分析建模和網(wǎng)格劃分的方法和技巧。學(xué)員們學(xué)會(huì)了如何根據(jù)實(shí)際問(wèn)題設(shè)置瞬態(tài)熱分析的邊界條件和施加載荷。學(xué)員們通過(guò)實(shí)踐練習(xí)，掌握了瞬態(tài)熱分析的求解和后處理方法，能夠熟練查看和分析結(jié)果。提高了建模與網(wǎng)格劃分能力學(xué)會(huì)了如何設(shè)置邊界條件和施加載荷掌握了求解與后處理方法學(xué)員心得體會(huì)分享未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)瞬態(tài)熱分析將更加普及隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和普及，瞬態(tài)熱分析將