求一个‘直接法热-结构耦合场分析实例’

wxwieandy

如题：求直接法的热-结构耦合场分析实例，如果是间接法就不要发了，谢谢！

htbbzzg

  使用 耦合场单元 (如 solid226 单元) 对模型划分网格，然后同时设置热和结构的所有边界条件并进行求解，就是直接法了。
  实例倒是没有，不过你可以自己先做起来，有什么问题再一起讨论。

wxwieandy

htbbzzg 发表于 2017-8-31 07:48
使用 耦合场单元 (如 solid226 单元) 对模型划分网格，然后同时设置热和结构的所有边界条件并进行求解， ...

我自己做过一个简单的二维模型，但是模拟结果的温度场和热变形明显有误，一直不清楚其中的原因。
采用直接法和间接法的计算结果偏差很大

wxwieandy

htbbzzg 发表于 2017-8-31 07:48
使用 耦合场单元 (如 solid226 单元) 对模型划分网格，然后同时设置热和结构的所有边界条件并进行求解， ...

我的计算模型如下：
/PREP7
K,1
K,2,4
K,3,4,2
K,4,0,2
K,5,0,-2.5
K,6,4,-2.5
K,7,4,-0.5
K,8,0,-0.5
K,9,1.33
K,10,2.67
K,11,2.33,-0.5
K,12,1.67,-0.5
A,4,1,9,12,11,10,2,3
A,5,6,7,8
ET,1,13,4,,2     !定义单元类型设置自由度
LSEL,S,LENGTH,,2
LESIZE,ALL,,,30
LSEL,S,LENGTH,,4
LESIZE,ALL,,,60
LSEL,S,LENGTH,,1.33
LESIZE,ALL,,,20
LSEL,S,LINE,,3,5,1
LESIZE,ALL,,,15


!定义材料特性
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
MPDATA,EX,1,,2.11e11
MPDATA,PRXY,1,,0.33
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
UIMP,1,REFT,,,  
MPDATA,ALPX,1,,5e-5
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
MPDATA,KXX,1,,66.6  
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
MPDATA,EX,2,,1.9e11
MPDATA,PRXY,2,,0.33
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
UIMP,2,REFT,,,  
MPDATA,ALPX,2,,9e-5
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
MPDATA,KXX,2,,230

!划分网格
TYPE,   1   
MAT,       1
AMESH,1
ALLS
TYPE,1
MAT,2
AMESH,2


!创建接触对
CM,_NODECM,NODE
CM,_ELEMCM,ELEM
CM,_KPCM,KP
CM,_LINECM,LINE
CM,_AREACM,AREA
CM,_VOLUCM,VOLU
MP,MU,1,
MAT,1   
MP,EMIS,1,  
R,3
REAL,3  
ET,2,169
ET,3,172
R,3,,,1.0,0.1,0,
RMORE,,,1.0E20,0.0,1.0,
RMORE,0.0,20000,1.0,,1.0,0.5
RMORE,0,1.0,1.0,0.0,,1.0
KEYOPT,3,3,0
KEYOPT,3,4,0
KEYOPT,3,5,0
KEYOPT,3,7,0
KEYOPT,3,8,0
KEYOPT,3,9,0
KEYOPT,3,10,0   
KEYOPT,3,11,0   
KEYOPT,3,12,5   
KEYOPT,3,2,0
KEYOPT,3,1,1
LSEL,S,,,11
CM,_TARGET,LINE
TYPE,2  
NSLL,S,1
ESLN,S,0
ESURF   
CMSEL,S,_ELEMCM
LSEL,S,,,4  
CM,_CONTACT,LINE
TYPE,3  
NSLL,S,1
ESLN,S,0
ESURF   
ALLSEL  
ESEL,ALL
ESEL,S,TYPE,,2  
ESEL,A,TYPE,,3  
ESEL,R,REAL,,3  
ESEL,ALL
ESEL,S,TYPE,,2  
ESEL,A,TYPE,,3  
ESEL,R,REAL,,3  
CMSEL,A,_NODECM
CMDEL,_NODECM   
CMSEL,A,_ELEMCM
CMDEL,_ELEMCM   
CMSEL,S,_KPCM   
CMDEL,_KPCM
CMSEL,S,_LINECM
CMDEL,_LINECM   
CMSEL,S,_AREACM
CMDEL,_AREACM   
CMSEL,S,_VOLUCM
CMDEL,_VOLUCM   
CMDEL,_TARGET   
CMDEL,_CONTACT  

!设置边界条件
ALLS
/SOLU
ANTYPE,0
DL,9,,ALL
SFL,8,PRES,200
BFL,8,TEMP,400
BFL,9,TEMP,300
TREF,293
ALLS
SOLVE

wxwieandy

htbbzzg 发表于 2017-8-31 07:48
使用 耦合场单元 (如 solid226 单元) 对模型划分网格，然后同时设置热和结构的所有边界条件并进行求解， ...

逐条命令排查原因，发现问题好像是出在参考温度的定义，但是修改以后，温度场仍然不合理


/PREP7
K,1
K,2,4
K,3,4,2
K,4,0,2
K,5,0,-2.5
K,6,4,-2.5
K,7,4,-0.5
K,8,0,-0.5
K,9,1.33
K,10,2.67
K,11,2.33,-0.5
K,12,1.67,-0.5
A,4,1,9,12,11,10,2,3
A,5,6,7,8
ET,1,13,4,,2     !定义单元类型设置自由度
LSEL,S,LENGTH,,2
LESIZE,ALL,,,30
LSEL,S,LENGTH,,4
LESIZE,ALL,,,60
LSEL,S,LENGTH,,1.33
LESIZE,ALL,,,20
LSEL,S,LINE,,3,5,1
LESIZE,ALL,,,15




!定义材料特性
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
MPDATA,EX,1,,2.11e11
MPDATA,PRXY,1,,0.33
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
UIMP,1,REFT,,,20     !定义热膨胀系数对应的温度为20°  
MPDATA,ALPX,1,,5e-5
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
MPDATA,KXX,1,,66.6  
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
MPDATA,EX,2,,1.9e11
MPDATA,PRXY,2,,0.33
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
UIMP,2,REFT,,,20       !定义热膨胀系数对应的温度为20°
MPDATA,ALPX,2,,9e-5
MPTEMP,,,,,,,,  
MPTEMP,1,0  
MPDATA,KXX,2,,230
   
!划分网格
TYPE,   1   
MAT,       1
AMESH,1
ALLS
TYPE,1
MAT,2
AMESH,2




!创建接触对
CM,_NODECM,NODE
CM,_ELEMCM,ELEM
CM,_KPCM,KP
CM,_LINECM,LINE
CM,_AREACM,AREA
CM,_VOLUCM,VOLU
MP,MU,1,
MAT,1   
MP,EMIS,1,  
R,3
REAL,3  
ET,2,169
ET,3,172
R,3,,,1.0,0.1,0,
RMORE,,,1.0E20,0.0,1.0,
RMORE,0.0,10000,1.0,,1.0,0.5
RMORE,0,1.0,1.0,0.0,,1.0
KEYOPT,3,3,0
KEYOPT,3,4,0
KEYOPT,3,5,0
KEYOPT,3,7,0
KEYOPT,3,8,0
KEYOPT,3,9,0
KEYOPT,3,10,0   
KEYOPT,3,11,0   
KEYOPT,3,12,5   
KEYOPT,3,2,0
KEYOPT,3,1,1
LSEL,S,,,11
CM,_TARGET,LINE
TYPE,2  
NSLL,S,1
ESLN,S,0
ESURF   
CMSEL,S,_ELEMCM
LSEL,S,,,4  
CM,_CONTACT,LINE
TYPE,3  
NSLL,S,1
ESLN,S,0
ESURF   
ALLSEL  
ESEL,ALL
ESEL,S,TYPE,,2  
ESEL,A,TYPE,,3  
ESEL,R,REAL,,3  
ESEL,ALL
ESEL,S,TYPE,,2  
ESEL,A,TYPE,,3  
ESEL,R,REAL,,3  
CMSEL,A,_NODECM
CMDEL,_NODECM   
CMSEL,A,_ELEMCM
CMDEL,_ELEMCM   
CMSEL,S,_KPCM   
CMDEL,_KPCM
CMSEL,S,_LINECM
CMDEL,_LINECM   
CMSEL,S,_AREACM
CMDEL,_AREACM   
CMSEL,S,_VOLUCM
CMDEL,_VOLUCM   
CMDEL,_TARGET   
CMDEL,_CONTACT  


!设置边界条件
ALLS
/SOLU
ANTYPE,0
DL,9,,ALL
SFL,8,PRES,200
BFL,8,TEMP,100  !定义温度为100°
BFL,9,TEMP,50
ALLS
SOLVE

wxwieandy

htbbzzg 发表于 2017-8-31 07:48
使用 耦合场单元 (如 solid226 单元) 对模型划分网格，然后同时设置热和结构的所有边界条件并进行求解， ...

今天上午看到了一篇您的一篇博客“对ANSYS中几个温度术语的探讨”，其中一个实例，我和您的看法不同，请您批评指正
您的计算如下：
对整个体施加温度100°，材料的参考温度为0°，1°时材料的线膨胀系数为1E-7
理论计算结果：Ux = αΔT L = 1e-5 * 100 * 100  = 0.1
对于上述理论计算，我和您的看法不同，我的理解如下：
1、材料的线膨胀系数计算是对温度的线性插值，温度每升高1°，材料的线膨胀为1E-7
2、材料的热变形应该是在参考温度基础上的变形量，也就是说热膨胀系数α应和参考温度相对应，所以我的理论计算结果如下：
Ux = αΔT L =1E-7×（100-0）×100=1E-3
3、您的计算相当于，100°时材料的热膨胀系数为1e-5, 在此基础上，温度升高100°热膨胀增加了1e-5×100=1e-3，也就是说200°材料的热膨胀系数变化为1e-3，可是您在博客中提到1000°时的热膨胀系数为1e-4，这样的话是不是相互矛盾了
4、综上，我认为计算Ux时，α应为参考温度对应的热膨胀系数，而非施加的温度对应的热膨胀系数
5、所以，最终的问题还是归结到了ANSYS的参考温度，计算热变形时，热膨胀系数是否应该和参考温度相对应？
不知我的理解是否有误，请您批评指正。

htbbzzg

生病住院一个多月，回答晚了，请见谅。
你的几个问题我没有完全理解，目前身体仍不好，精力不够，只回答一下 4 、5 两个问题吧：
  计算热变形时，热膨胀系数应该与当前温度相对应 (也要考虑参考温度)，而不是与参考温度相对应，否则的话，定义随温度变化的热膨胀系数就没有意义了。

wxwieandy

账号被盗，一年多没上论坛，非常感谢您的回复，祝愿您身体健康，感谢您一直不遗余力的帮助。

njweiwei2

wxwieandy 发表于 2017-9-1 11:25
今天上午看到了一篇您的一篇博客“对ANSYS中几个温度术语的探讨”，其中一个实例，我和您的看法不同，请 ...

如果计算的温度范围内变化不大 + 不需要精准结果的话，用参考温度对应的也可以；如果需要精准结果，热膨胀系数我觉得应该在输入材料特性时输入多个点，不同温度对应不同热膨胀系数