三维实体热分析应该选择什么单元？

jianghaibo

结果想看热分布，和应力分布

lijm114

同样的问题想请教高人指点！！
顶！！

chenni0424

solid45很常用

tto

solid70进行热分析不错

jianghaibo

solid45 solid70只能分别进行处理，没办法进行耦合

seashore45

SOLID70 3-D实体热单元



SOLID70具有三个方向的热传导能力。该单元有8个节点且每个节点上只有一个温度自由度，可以用于三维静态或瞬态的热分析。该单元能实现匀速热流的传递。假如模型包括实体传递结构单元，那么也可以进行结构分析，此单元能够用等效的结构单元代替（如SOLID45单元）

   该单元存在一个选项，即允许完成实现流体流经多孔介质的非线性静态分析。选择了该选项后，单元的热参数将被转换成相类似的流体流动参数，例如温度自由度将变为等效的压力自由度。

      

输入资料：

   该单元的几何体，节点坐标和坐标系统在表格70.1 “SOLID70 Geometry”中介绍。该单元由8节点和各向同性材料属性定义。各向同性材料方向对应于单元坐标系方向，单元坐标的定位在坐标系统中描述。在稳态分析中热度和密度将被忽略。如果在线性材料属性中该单元属性未给出则默认为缺省值。

   单元荷载在节点和单元表中描述，在表70.1“SOLID70 Geometry”中，对流、热熔和辐射可以作为面荷载施加在单元的表面，如表中用圆圈标记的数字。

   热流率可以作为体荷载施加在节点上，如果节点I的热流率定义为HG(I)，当其他的未指定时，默认为HG(I)。

  KEYOPT(7) = 1时选择非线性渗流选项，对于这个选项，温度被认为是压力和绝对的渗流介质输入KXX, KYY, and KZZ作为材料属性。质量密度和流体黏度应用属性DENS 和 VISC。在ANSYS, Inc. Theory Reference 描述了在计算渗流系数的时候将应用属性C 和 MU。温度边界条件如果用D命令输入，将被理解为压力边界条件，并且热流量的边界条件如果用F命令输入将被理解为质量传送速率。

  用KEYOPT(8)可以获得质量传送选项，要应用这一选项VX, VY, and VZ方向的速率必须作为实常数输入。并且温度必须沿着整个的边界条件来保证稳态分析。对于质量传送，用户必须指定热度(C) 和密度(DENS)材料属性来取代焓(ENTH)。

  单元的输入摘要见表“SOLID70 Input Summary”，单元描述见表“Element Input”。



SOLID70 输入摘要

节点

I, J, K, L, M, N, O, P

自由度

TEMP

实常数

质量传送影响 (KEYOPT(8) = 1):

VX - X 方向的质量传送速率

VY - Y方向的质量传送速率

VZ - Z方向的质量传送速率


材料属性

KXX, KYY, KZZ, DENS, C, ENTH, VISC, MU (VISC and MU used only if KEYOPT(7) = 1. Do not use ENTH with KEYOPT(8) = 1).

面荷载

对流或热流量和辐射 (应用 Lab = RDSF) --  

面 1 (J-I-L-K), 面2 (I-J-N-M), 面3 (J-K-O-N),

面 4 (K-L-P-O), 面5 (L-I-M-P), 面6 (M-N-O-P)


体荷载

热产生 --  

HG(I), HG(J), HG(K), HG(L), HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)

特别特征

单元生死

KEYOPT(2)

估计薄膜系数:

0 --  

估计平均薄膜温度下的薄膜系数 (TS + TB)/2

1 --  

估计单元表面温度, TS

2 --  

估计大体积流动温度, TB

3 --  

估计微分温度 |TS-TB|

KEYOPT(4)

单元坐标系统定义:

0 --  

单元坐标平行于整体坐标

1 --  

单元坐标以单元的 I-J 边为准

KEYOPT(7)

非线性流体选项:

0 --  

标准的热传递单元

1 --  

非线性稳态流体相似单元

注：

温度自由度认为是压力自由度.

KEYOPT(8)

质量传送影响:

0 --  

无质量传送影响

1 --  

质量传送通过 VX, VY, VZ

SOLID70假设与限制

1、SOLID70单元的体积不能为0 ，当单元的标号不正确时，体积为0的情况很可能出现

2、该单元可以用SOLID70标记，也可以用IJKL和 MNOP面实现内部相互交换

3、棱柱或四面体形状的单元可以通过复制节点号来形成

4、在较粗大的网格里，每个积分点上指定的热和焓是允许突然改变的

5、假如该单元被作用有表面应力的SOLID45单元代替，那么必须指定热单元方向以便使面IJKL和 MNOP面成为自由面

6、单元的自由面（即那些与周围没有联系的和不受边界条件约束的面）被认为是热绝缘的

7、要得到较好的积分时间步和严格的热梯度的瞬态分析必须在表面上有较好的网格划分

8、当KEYOPT(8) > 0时，将会导致非对称矩阵



SOLID70单元产品限制

  当使用该单元于如下的情况时，产品的限制应用于前面介绍的假设及限制

1、该单元没有质量传送和流体流动选项KEYOPT(7) 和 KEYOPT(8)只能设置为0

2、VX, VY,和 VZ实常数不能应用

3、VISC 和 MU材料属性不可用

4、单元不具有生死功能

seashore45

另外，还有SOLID87  十节点四面体单元
                   SOLID90  二十节点六面体单元
对了，SOLID70 是 八节点六面体单元

gus1977

solid5

seashore45

SOLID5
三维耦合场体单元

Solid5单元说明
Solid5 具有三维磁场，热场，电场，压电场和结构场分析能力，并能在各场之间实现有限的耦合。本单元有8个节点，每个节点最多有6个自由度。在静态分析中为了建立静磁场模型我们可以较容易得到标量电压公式（包括简化RSP，微分DSP，或者综合GSP）。关于这个单元参看ANSYS理论手册14.5节。具有相似场性能的耦合场单元有PLANE13，SOLID62，SOLID98。

SOLID5输入汇总

单元名称

SOLID5

节点：I,J,K,L,M,N,O,P

自由度：

若KEYOPT（1）=0： UX,UY,UZ,TEMP,VOLT

若KEYOPT（1）=1： TEMP,VOLT

若KEYOPT（1）=2： UX,UY,UZ

若KEYOPT（1）=3： UX,UY,UZ,VOLT

若KEYOPT（1）=8： TEMP

若KEYOPT（1）=9： VOLT

若KEYOPT（1）=10： MAG

实参数：无

材料特性：EX, EY, EZ, (PRXY, PRYZ, PRXZ 或 NUXY, NUYZ, NUXZ), ALPX, ALPY, ALPZ, DENS, GXY, GYZ, GXZ, DAMP, KXX, KYY, KZZ, C, ENTH, MUZERO, MURX, MURY, MURZ, RSVX, RSVY, RSVZ, MGXX, MGYY, MGZZ, PERX, PERY, PERZ, 加上 BH, ANEL, 和 PIEZ 数据表（见ANSYS帮助中的数据表—隐式分析）。

面载荷

压力

面1 (J-I-L-K)，     面2 (I-J-N-M)

面3 (J-K-O-N)，    面4 (K-L-P-O)

面5 (L-I-M-P)，    面6 (M-N-O-P)

对流

面1 (J-I-L-K)，     面2 (I-J-N-M)

面3 (J-K-O-N)，    面4 (K-L-P-O)

面5 (L-I-M-P)，    面6 (M-N-O-P)

热流密度

面1 (J-I-L-K)，     面2 (I-J-N-M)

面3 (J-K-O-N)，    面4 (K-L-P-O)

面5 (L-I-M-P)，    面6 (M-N-O-P)

麦克斯韦面标记

面1 (J-I-L-K)，     面2 (I-J-N-M)

面3 (J-K-O-N)，    面4 (K-L-P-O)

面5 (L-I-M-P)，    面6 (M-N-O-P)

体载荷

温度：   T(I), T(J), T(K), T(L), T(M), T(N), T(O), T(P)

生热率：  HG (I), HG (J), HG (K), HG (L), HG (M), HG (N), HG (O), HG (P)

磁虚位移： VD (I), VD (J), VD (K), VD (L), VD (M), VD (N), VD (O), VD (P)

特殊特性

对于耦合场需要进行迭代计算(位移、温度、电、磁，但不包括压电)；应力刚度；生死单元；自适应下降。

KEYOPT(1)  用于自由度选取（见上面所述）

KEYOPT(3)  0---包括额外的形状

1---不包括额外的形状

KEYOPT(5)  0---基本单元输出

2---节点应力或磁场输出
SOLID5假设与限制

· 单元不一定有0体积或0长度边。这种情况经常出现在当单元被非正常计数时。

· 当出现图5.1或者有面IJKL和MNOP互相作用的时候单元也可以用来计数。

· 棱柱形状单元可以通过定义双节点数来形成如在三角形，棱柱和五边形单元中描述的那样。

· 标量磁势能微分选项被严格限制在单连通域中，所以在这些域中当µ趋于无穷时结果场H就趋于0。而简化的和总体的势能选项就没有这个限制。

· 在单元自由面上（例如不与其他单元接近的和不受边界约束限制的）我们假设磁通密度(B)的标准分量为0。如果内部计算的话，温度和产热率就包括任意使用者定义的产热率。热，电，磁，结构项可以通过迭代过程来耦合。

产品限制

当这个单元被用在下面列出的产品时，就要在这个单元上应用规定的特殊产品约束除在上小节给出的一般假设和约束外。

ANSYS/Mechanical 如果Emag选项不被激活的话，就要应用下面的约束：

· 单元没有磁场特性

· MAG自由度不起作用

· KEYOPT(1)不能设成10。如果KEYOPT(1)=0或1，MAG自由度就不起作用

· 磁性材料特性（MUZERO,MUR_,MG_,和BH数据表）是不允许的

· 麦克斯韦力标记和磁虚位移体载荷都是不可用的

ANSYS/Emag
· 单元只具有磁场和电场特性，并且没有结构，热或者压电特性

· 只有激活的自由度才是MAG和VOLT

· KEYOPT(1)设成0，1，2，3，8是无效的

· 唯一允许的材料特性是磁场和电场特性（MUZERO通过PERZ来定义，加上BH数据表）

· 唯一可用的面载荷是麦克斯韦力标记，体载荷是温度（只针对材料特性值）和磁虚位移

· 单元没有应力刚度或者生死特性

· KEYOPT(3)是不可用的

seashore45

1. 直接法进行热应力分析单元
    耦合单元SOLID5、SOLID98

2. 间接法进行热应力分析单元
    热单元                   结构单元
    SOLID70     对应      SOLID45
    SOLID87     对应      SOLID92
    SOLID90     对应      SOLID95
以上是可选单元，但是具体问题还要具体分析。根据所作分析，应先比较研究各个单元特点。
我个人认为三维实体热应力分析
直接法进行热应力分析 选 SOLID5
间接法进行热应力分析 选 热单元 SOLID70  结构单元 SOLID45
对于SOLID5和SOLID70的具体介绍，我已经发在上面了

jianghaibo

进行三维的分析也用solid5么？我用的solid98，高手感觉如何呢？

miga

seashore45 讲得较详细，但有个问题没提及，就是形状复杂的实体该如何选。在这种情况下非20节点单元不可。