一文搞懂Ansys Workbench热应力分析
文摘
科学
2024-10-20 17:39
广东
在变温条件下工作的结构，通常都存在热应力问题。在正常工况下存在稳态热应力，在启动或关闭过程中存在瞬态热应力。常见结构热应力问题主要分为两类：1) 工作环境温度变化产生热应力问题；
热胀冷缩是物体的固有属性。当环境温度发生改变时，结构的连续性或边界条件由于热胀冷缩而产生热应力，主要有以下两方面原因：1) 约束限制：结构受到某些限制，如位移约束或相反压力，则在结构中产生热应力；2) 材料差异：材料属性不同而形成不均匀变形，如热膨胀系数不同，则产生热应力。由约束限制产生热应力 由材料差异产生热应力
一般情况下，结构力学响应不会影响热物性、传热方式以及热边界条件，结构热应力问题可以解耦为热分析和结构分析，将热分析的温度分布作为结构分析的输入条件。Ansys Workbench热应力分析流程，如下图所示。首先，进行结构热分析，获取温度场分布。然后，将温度作为外载荷，导入到结构力学计算中，从而得到结构热应力热变形。对于简单结构：
分析步骤同结构力学分析，只是在添加约束和载荷时，需要增加热载荷，添加方法如下：点击Load，添加Thermal
Condition，图形区选择几何单元，点击下方面板Geometry中的Apply，并在Magnitude输入温度。
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对于复杂结构：
首先进行结构热分析，得到结构温度场分布；然后进行结构力学分析，得到热应力。对于结构分析来说，温度载荷来自热分析，需要导入温度结果，方法如下：展开Imported Load，右击Imported Body Temperature，选择Imported Load。
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1) 温度控制。热变形是由温差引起的，因此可以通过热控设计，降低结构中的温度梯度，从而减小结构热变形。某型号光学相机热分析
2) 材料匹配。材料差异导致不均匀胀缩扩大结构热变形，相互接触结构尽量采用热膨胀系数一致且较低的材料。![]()
3) 柔性支撑。连续结构受到约束时，热应力无法卸载导致热变形，因此采用柔性结构卸载热应力减小热变形。
位移放大柔性机构热变形
注意事项：
2）对于热分析而言，网格疏密对温度结果影响不大，但是求解热应力问题时，则需要有较好的网格质量。3）对于复杂结构热应力问题，温度变化导致结构几何形状发生改变，从而导致热物性、传热方式以及热边界条件发生变化，故应采用热-固耦合分析方法。4）对于结构瞬态热应力，首先进行瞬态热分析获得不同时间点的结构温度场，然后将这些温度导入到不同载荷步的结构力学计算中，获得瞬态热应力。推荐阅读：
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