Workbench环境中的摩擦生热模拟（热结构直接耦合）

jackie.lee

前两天，看到有网友问及热结构瞬态直接耦合分析。这几天，刚好有空，就演示了一个小模型的例子（大模型计算会相当耗时）。

其实，热结构瞬态耦合，仅仅涉及到单元选择，接触单元的keyoption控制，施加热载荷和边界条件，热结构的后处理。。。，这些都需要插入相关的Commands，其实插入Commands的例子，版主pfsr已经发过很多帖子了，就不细讲了~~~

下面进入正题。。。

需要模拟的问题：小方块在大方块上面迅速滑过，因滑动摩擦而导致温升的过程~

jackie.lee

打完收工！
如有不正确的地方，请网友们指正。。。
~~~~~~

jackie.lee

确定材料参数是否完整，必须输入的有比热，导热系数，线膨胀系数，密度，弹性模量，泊松比。。。
如果采用的是ANSYS材料库中的材料模型，那么这些参数就完整了，无需额外费神，仅需要确认数值的准确性即可~

jackie.lee

考虑到是直接耦合分析，那么就必须采用耦合场单元，这个在经典环境的单元表中是一目了然的-Coupled Field Element，可以做热结构直接耦合的体单元有好几个，这里就选择Solid 226六面体单元~~~

在相应的part下插入选择单元的命令，keyoption(1)=11=1+10表示热结构耦合：

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建立摩擦接触对，并做相关的参数设置：

jackie.lee

因为，接触单元默认情况下是没有温度自由度，所以需要修改相关的keyoption，使得具有温度自由度；
另外，目标单元默认情况下是低价单元，而Solid 226却是高价单元，所以也需要将目标单元修改成高价单元；

插入的两条Commands就是要达到上面所讲的要求：

jackie.lee

下面就是进行瞬态动力分析的设置：

jackie.lee

这里，我建立了两个载荷步：第一步，在小方块的顶面施加压强，使得两个方块之间的接触发生作用；第二步，就是摩擦滑动~~~

第一载荷步因为容易收敛，就设定很少的子步数，第二载荷步涉及到耦合计算，就要打开自动时间步，设置合理的子步数；对于这个模拟，还需要打开时间瞬态效应，大变形效应，如果考虑到结果文件的大小，还可以设定写入结果文件的频率~~~

jackie.lee

Pressure的载荷步设置，第一载荷步中，Pressure是ramped加载方式，模拟先将小方块压紧在大方块的上面，第二载荷步中，Pressure的大小和方向维持不变~~~

jackie.lee

强制位移的载荷步设置，在第一载荷步中，deactivate这个强制位移，在第二载荷步中，才将其激活，模拟推动小方块滑动的距离~~~

jackie.lee

施加底面的固定约束，注意，尽量不要使用Fixed Support，因为施加固支支撑的话，加载面或边的温度初值也被设置成0度了；
所以，还是施加Prediscribed Displacement为宜，并置三个方向的值始终为0，等效固支约束~~~

jackie.lee

以Command形式加入热载荷和边界条件。
如果要对某一局部施加热载荷，就需要建立Named Selection，等效于经典环境里面的Component，再用命令对组件加载热载荷和边条；

jackie.lee

接着就是软件的计算过程，比较漫长；如此小规模的问题，就干了一个多小时
图片显示的是力的收敛图；
因为这是瞬态动力环境，热流收敛图没法看到，只能通过Solution Information观察它的行踪了~~~

jackie.lee

这是等效应力结果动画：

jackie.lee

这是位置变化的结果动画：

jackie.lee

至于温度等热场结果，只能通过插入命令看死图了

jackie.lee

要想看到动态的热场结果，就需要到经典环境中观察了：

jackie.lee

在经典环境中可以看到单元的相关属性，已经被插入的相关命令正确修改过了：

jackie.lee

相关载荷和边条显示：

jackie.lee

在POST1中打开Worbench的计算结果文件：

jackie.lee

Results Summary:


  *****  INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE  *****
   SET   TIME/FREQ    LOAD STEP   SUBSTEP  CUMULATIVE
     1 0.10000E-02         1         1         2
     2 0.20000E-02         1         2         7
     3 0.30000E-02         1         3        11
     4 0.40000E-02         1         4        16
     5 0.50000E-02         1         5        20
     6 0.55000E-02         2         1        29
     7 0.57711E-02         2        10        98
     8 0.60943E-02         2        18       134
     9 0.62943E-02         2        20       147
    10 0.66943E-02         2        22       164
    11 0.70943E-02         2        23       172
    12 0.74943E-02         2        24       180
    13 0.78943E-02         2        25       187
    14 0.82943E-02         2        26       194
    15 0.86942E-02         2        27       201
    16 0.88276E-02         2        28       208
    17 0.92276E-02         2        30       223
    18 0.94942E-02         2        31       231
    19 0.10000E-01         2        32       240