我们可以使用稳态传热模块与结构静力学模块，进行结构的稳态热固耦合分析，如果我们想了解某结构在瞬态的传热过程中，它的温度变化过程是什么样的，同时还想了解它的热应力分布与热变形分布的情况，那么可以使用到瞬态的传热模块与结构模块来解决。
在本实例中，使用一个管类零件，如图1所示，共计算其在100s时间内，结构的温度分布变化过程，同时根据其实际的约束情况，计算其在工作过程中的热变形与热应力。
图1 管类零件模型
(1)启动ANSYS Workbench，加载Transient Thermal结构瞬态传热模块。
(2)右键单击A3单元格，选择弹出菜单项Import Geometry→Browse...，弹出文件选择对话框，选择几何模型文件。
(3)双击A4单元格进入瞬态传热模块。模型使用默认材料结构钢，如图2所示。
图2 瞬态传热模型
(4)单击模型树节点Mesh，在Details of Mesh中确定模型单元长度为5mm。
(5)右键单击模型树节点Mesh，单击弹出菜单项Generate Mesh生成模型网格，如图3所示。
图3 模型网格划分
(6)左键单击模型树节点Analysis Settings，在Details of Analysis Settings中，设定Number Of Steps为2，即共有2个载荷步，在Tabular Data中，先输入Steps2的结束时间为100s，再输入Steps1的结束时间为5s，如图4所示。
图4 载荷步时间设置
(7)左键单击模型树节点Analysis Settings，在Details of Analysis Settings中，设定第1个载荷步的Auto Time Stepping为Off，Define By设定为Substeps，Number Of Substeps设定为10，即每个时间步有10个子步，如图5所示。
图5 载荷步1设置
(8)在Details of Analysis Settings中，设定第2个载荷步的Auto Time Stepping为Off，Define By设定为Substeps，Number Of Substeps设定为10，即每个时间步有10个子步，如图6所示。
图6 载荷步2设置
(9)右键单击模型树节点Transient Thermal，
选择Insert→Convection，插入一个对流换热边界条件Convection，选择管内表面，
对流换热系数为100W/m2℃，温度为400℃，如图7所示。
图7 管内表面对流换热设置
(10)左键单击模型树节点Convection，在Tabular Data中定义这个对流换热边界在每个时间步中的对流换热系数与温度值，如图8所示。
图8 管内表面对流换热各时间步参数设置
(11)右键单击模型树节点Transient Thermal，选择Insert→Convection，继续插入一个对流换热边界条件Convection2，选择结构外表面，对流换热系数为1000W/m
2℃，温度为22℃，如图9所示。
图9 外部表面对流换热设置
(12)左键单击模型树节点Convection2，在Tabular Data中定义这个对流换热边界在每个时间步中的对流换热系数与温度值，如图10所示。
图10 外部表面对流换热各时间步参数设置
(13)右键单击模型树节点Solution，选择Solve进行计算。
(14)使用Solution→Insert→Temperature，插入一个整体模型的温度结果，右键点击Temperature，选择Evaluate All Results，得到瞬态计算最后一个时间步的温度结果云图，如图11所示。
图11 模型温度云图
(15)从Tabular Data中可以看到，在100s的时间内，不同的时间步，模型的温度值不断变化，如图12所示。
图12 瞬态传热计算结果
通过瞬态传热计算，得到了结构在100s时间内的温度变化情况，而结构在工作过程中，必然存在约束条件，由于温度的存在及变化，结构就会产生热应力与热变形，可以将当前计算得到的这个瞬态温度场作为热边界条件，应用于瞬态热应力与瞬态热变形的计算中。
(1)在ANSYS Workbench，加载一个Transient Structural瞬态结构模块，将其拖入到上一节瞬态传热模块的A6单元格内，如图13所示。
图13 加载瞬态结构模块
(2)左键单击B5单元格，进入瞬态结构模块。
(3)左键单击Transient中的Analysis Settings，同样需要定义瞬态结构计算的载荷步信息。在Details of Analysis Settings中，设定Number Of Steps为2，即共有2个载荷步，在Tabular Data中，先输入Steps2的结束时间为100s，再输入Steps1的结束时间为5s，如图14所示。
图14 载荷步时间设置
(4)左键单击模型树节点Analysis Settings，在Details of Analysis Settings中，设定第1个载荷步的Auto Time Stepping为Off，Define By设定为Substeps，Number Of Substeps设定为10，每个时间步有10个子步，如图15所示。
图15 载荷步1设置
(5)在Details of Analysis Settings中，设定第2个载荷步的Auto Time Stepping为Off，Define By设定为Substeps，Number Of Substeps设定为10，即每个时间步有10个子步，如图16所示。
图16 载荷步2设置
(6)打开模型树节点Imported Load (A6) ，左键单击Imported Body Temperature功能，在Details of Imported Body Temperature中，设定Source Time的类型为All，即导入所有温度值，如图17所示。
图17 外部温度导入
(7)同时，就可以在数据表中，看到导入的温度值了，如图18所示。
图18 导入的温度数据表
(8)右键单击Imported Body Temperature，选择Import Load，实现温度场的导入，导入的第0.5s时的温度场如图19所示。通过调整Details of Imported Body Temperature中的Active Row，可以查看导入的任意时间步的温度场。
图19 导入的温度场
(9)右键单击模型树节点Transient，选择Insert→Frictionless Support，插入一个无摩擦约束，选择结构的上表面，如图20所示。
图20 无摩擦约束
(10)右键单击模型树节点Transient，选择Insert→Pressure，插入一个压力载荷，选择结构的内表面，在Tabular Data中，在时间100s时，压力为5MPa，即在0-5s过程中，没有压力载荷，从5s开始，压力载荷线性提升，一直到100s时的5MPa，如图21所示。
图21 压力载荷
(11)右键单击模型树节点Transient，选择Insert→Remote Displacement，插入一个远程位移约束，选择结构的下表面，同时约束其三个方向的位移自由度，及两个方向的转动自由度，如图22所示。
图22 远程位移约束
(12)右键单击模型树节点Solution，选择Solve进行计算。
(13)计算完成后，使用Solution→Insert→Equivalent Stress，插入一个模型热应力结果，使用Solution→Insert→Total Deformation，插入一个模型热变形结果，右键Equivalent Stress与Total Deformation，选择Evaluate All Results，得到各时间步相应的结果云图，100s时热应力如图23所示，100s时热变形云图如图24所示。
图23 结构在100s时的热应力云图
图24 结构在100s时的热变形云图
