有限元分析基础教程－ANSYS算例 曾攀
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Material Props → Material Models →Thermal → Conductivity → Isotropic → input KXX:52.0(定义导热系数) → OK → Close（关闭材料定义窗口） (5) 生成几何模型
ANSYS Main Menu：Preprocessor → Modeling → Create → Keypoints → In Active CS → NPT Keypoint number：1，X，Y，Z Location in active CS：0,0,0 → Apply → 同样输入其余4个关键点坐标，坐标分别为 (0.6,0), (0.6,1.0), (0,1.0), (0.6,0.2) → OK→ Lines →Lines → Straight Line →分别连接各关键点（1→2）、（2→5）、（5→3）、（3→4）、（4→1）→ OK→Areas→ Arbitrary→ By Line→ 选择所有的直线 → OK (6) 模型加约束
ANSYS Utility Menu：PlotCtrls → Numbering …（出现Plot Numbering Control 对话框）→KP：On ， LINE：On →OK
ANSYS Main Menu→Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply → Thermal → Temperature → On Keypoints →点 关键点1 → OK(出现Apply TEMP on Keypoints对话框)→Lab2: TEMP；VALUE: 100； KEXPND：Yes → Apply →点 关键点2 →OK(出现Apply TEMP on Keypoints对话框) → Lab2: TEMP；VALUE: 100；KEXPND：Yes →OK
ANSYS Main Menu：Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply → Thermal → Convection →On Lines →点 直线2（L2） → OK(出现Apply CONV on Lines对话框)→VALI: 750.0；VAL2I: 0.0→ OK→On Lines (Main Menu下)→点 直线3（L3） → OK(出现Apply CONV on Lines对话框)→VALI: 750.0；VAL2I: 0.0→ OK →On Lines (Main Menu下)→点 直线4（L4）→ OK(出现Apply CONV on Lines对话框)→VALI: 750.0；VAL2I: 0.0 →OK (7)自适应网格划分求解
ANSYS Main Menu：Solution →Solve →Adaptive Mesh（出现Adaptive Meshing and Solution 对话框）→NSOL: 10；TTARGT: 5; FACMN：0.2；FACMX：1 →OK (8)后处理及结果显示
显示温度云图
ANSYS Main Menu：General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu (出现Contour Nodal Solution Data 对话框) → DOF Solution → Nodal Temperature → OK（显示节点温度）
列出模型E点处的温度
ANSYS Utility Menu：Select → Entities …（出现Select Entities 对话框）→在第一个下拉菜单中选择KeyPoints → OK （出现Select KeyPoints 对话框）→ 输入数字5 → OK
ANSYS Utility Menu：Select →Entities …（出现Select Entities 对话框）→ 在两个下拉菜单中分别选择Nodes、 Attached to；点中KeyPoints →OK （出现Select KeyPoints 对话框）→ 输入数字5 → OK ANSYS Utility Menu：Numbering …（出现Plot Numbering Control 对话框）→ NODE：On → OK（出现所选择节点的编号30）
ANSYS Utility Menu：Parameters → Get Scalar Data …（出现Get Scalar Data 对话框）→选择Result data，Nodal results→OK（出现Get Nodal results Data对话框）→ Name：TEMP1; Node number N：30；Results data to be retrieved：DOF solution，Temperature TEMP →OK
ANSYS Utility Menu：List → Status → Parameters → All Parameters（显示所有计算结果） (9) 退出系统
ANSYS Utility Menu：File → Exit → Save Everything → OK
【ANSYS算例】8.2(2) 2D矩形板的稳态热对流的自适应分析(命令流)
针对【ANSYS算例】8.2(1)的GUI操作，提供完整的命令流。
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解答：给出的命令流如下。
!%%%% [ANSYS算例]8_2(2) %%%%% begin %%%%% /PREP7 !进入前处理
ANTYPE,STATIC !设置分析类型为静(稳)态分析 ET,1,PLANE55 !选取单元类型1(平面传热单元) MP,KXX,1,52.0 !定义材料的热传导系数(KXX=52) K,1 !定义第1号几何点(0,0) K,2,.6 !定义第2号几何点(0.6,0) K,3,.6,1.0 !定义第3号几何点(0.6,1.0) K,4,,1.0 !定义第4号几何点(0,1) K,5,.6,.2 !定义第5号几何点(0.6,0.2)
L,1,2 !生成线，由1号几何点与2号几何点 L,2,5 !生成线，由2号几何点与5号几何点 L,5,3 !生成线，由5号几何点与3号几何点 L,3,4 !生成线，由3号几何点与4号几何点 L,4,1 !生成线，由4号几何点与1号几何点 AL,ALL !生成面，由所有的线
DK,1,TEMP,100,,1 !在几何点1处定义温度(100), 后一个1表示作标记 DK,2,TEMP,100,,1 !在几何点2处定义温度(100)
SFL,2,CONV,750.0,,0.0 !在几何线2上施加热对流条件，系数为750.0 SFL,3,CONV,750.0,,0.0 !在几何线3上施加热对流条件，系数为750.0 SFL,4,CONV,750.0,,0.0 !在几何线4上施加热对流条件，系数为750.0 FINISH !前处理结束
ADAPT,10,,5,0.2,1 !进行网格自适应划分,并求解,控制误差5%,或10次循环以内,网格最大最小尺寸0.2,1 /POST1 !进入一般的后处理(稳态) PLNSOL,TEMP !显示计算的温度分布云图
*GET,TEPC,PRERR,,TEPC !获取传热计算的能量模的误差参数，并赋值给TEPC KSEL,,,,5 !选择编号为5的几何点 NSLK !选择附属在几何点上的节点
*GET,N1,NODE,,NUM,MAX !在所选择节点中，获取最大节点编号，赋值给N1 *GET,TEMP1,NODE,N1,TEMP !获取N1节点上的温度值 ALLSEL,ALL !选择所有对象
*status,parm ! 列出所有参数的实际内容 !%%%% [ANSYS算例]8_2(2) %%%%% end %%%%%
【ANSYS算例】8.3(1) 金属材料凝固过程的瞬态传热分析(GUI)
一个钢件的铸造工艺如图8-3所示，钢件的热力学参数见表8-3，型砂的热力学参数及条件见表8-4；就对应的凝固过程的传热过程进行瞬态分析。
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(a)问题描述 (b)根据对称性确定计算模型
图8-3 铸造成型的计算分析模型
表8-3 钢材随温度变化的热力学参数
温度
钢材的热传导系数κx
钢件材料的熵(ENTH)
0.0 Btu/in3128.1 Btu/in3163.8 Btu/in3174.2 Btu/in3
0oF 1.44 Btu/(hr-in-oF) 2643oF 1.54 Btu/(hr-in-oF) 2750oF 1.22 Btu/(hr-in-oF) 2875oF 1.22 Btu/(hr-in-oF)
表8-4 型砂的热力学参数及条件
型砂的热力学参数
热传导系数κx为0.025 Btu/(hr-in-F)
o
初始条件
o
钢件的温度为 2875 F o型砂的温度为 80 F
热交换系数 在80 oF下为 0.014 Btu/(hr-in2-oF)
材料密度ρ为0.054 lb/in3材料比热cT为0.28 Btu/(lb-oF)
解答：基于对称性，取一半作为计算分析模型，如图8-3所示。
建模的要点：
X定义单元、1号材料(型砂)的不变化的热参数；
Y采用
r图形显示2号变量随时间变化的曲线< PLVAR >； s进行动画显示< ANTIME >。
给出的基于图形界面(GUI)的交互式操作(step by step)过程如下。
(1) 进入ANSYS
程序→ANSYS → Interactive→Working directory (设置工作目录) →Initial jobname(设置工作文件名): mold →Run
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(2) 设置计算类型
ANSYS Main Menu: Preferences…→Thermal→OK (3) 选择单元类型
ANSYS Main Menu: Preprocessor→ Element Type→ Add/Edit/Delete…→Add…→Solid：Quad 4 node 55→OK→Close (4) 定义材料参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor→ Material Props → Material Models → Thermal →Conductivity→ Isotropic→ KXX:0.025→OK→ Specific Heat→ C:0.28→OK →Density→DENS:0.054→OK
Material Props window: Material→ New Model→Material ID: 2→ OK→ Isotropic→点击三次Add Temperature，分别输入T1:0, T2:2643, T3:2750, T4:2875, KXX:1.44 at T1, KXX:1.54 at T2, KXX:1.22 at T3, KXX:1.22 at T4→拷贝上述四个温度→OK→ Enthalpy→点击三次Add Temperature→粘贴上述温度→ENTH:0 at T1, ENTH:128.1 at T2, ENTH:163.8 at T3, ENTH:174.2 at T4→OK
Material Models Defined window→Thermal conduct (iso) →Graph→ OK → Enthalpy→Graph→OK (to see the material properties vs. temperature) →OK→鼠标点击该窗口右上角的“U”来关闭该窗口
图8-4 热导－温度曲线
(5) 生成几何模型
①生成模具外轮廓的特征点
图8-5 焓－温度曲线
ANSYS Main Menu: Preprocessor→ Modeling→ Create→ Keypoints→ In Active CS…→按次序输入平面的4个特征点，方式为：只在X，Y，Z三个空格中填入点的坐标值，每完成一个点输入，用Apply结束，4个特征点:1( 0,0,0), 2(2.2,0,0), 3(1,1.2,0), 4(0,1.2,0)→OK
②生成模具外轮廓
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Areas → Arbitrary → Through KPs → Pick keypoints 1、2、3、4(注意先后顺序) → OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Create → Areas → Rectangle → By Dimensions →X1: 0.4, X2:2.2, Y1:0.4, Y2:0.8 →OK
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Operate → Booleans → Overlap →Areas → Pick All
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Modeling → Delete → Area and Below → 点击面3 → OK (6) 网格划分
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Meshing → Mesh Tool → Smart Sizing → 拖动滑条至4 → Mesh → 点击面5 → OK (in the picking menu)→ MeshTool… → 位于Size Controls下的Global: Set → NDIV:4(每一条线分为2段)→ OK → Mesh → 点击面4 → OK → Close (关闭MeshTool 窗口) (7) 模型施加载荷
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ANSYS Main Menu: Preprocessor → Loads → Define Loads → Apply → Thermal → Convection → On Lines →用鼠标点击选择3条线(包括线1,3,4) →OK →Film coefficient: 0.014, Bulk temperature: 80 → OK (8) 分析计算
ANSYS Main Menu: Solution → Analysis Type → New Analysis → Transient → OK → OK ANSYS Utility Menu: Select → Entities → Areas → OK →点击面4 → OK ANSYS Utility Menu: Select →Everything Below → Selected Areas
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Initial Condit'n →Define → Pick All → Lab: TEMP, Value: 2875 → OK
ANSYS Utility Menu: Select → Entities → Nodes → Attached to → Areas, all → Invert → Cancel
ANSYS Main Menu: Solution → Define Loads → Apply → Initial Condit'n → Define →Pick All →Lab: ALlL DOF, Value: 80→ OK
ANSYS Utility Menu: Select → Everything
ANSYS Main Menu: Solution → Load Step Opts → Time/Frequenc → Time-Time Step →Time at end of load step: 4; initial time step size: 0.01 → Choose Stepped loading →Minimum time step size: 0.001; Maximum time step size: 0.25 → OK
ANSYS Main Menu: Solution → Load Step Opts → Output Ctrls → DB/Results File → 设置文件输出频率Every substep → OK
ANSYS Main Menu: Solution → Solve → Current LS → File → Close →OK → Close(Solution is done!). (9) 结果显示
ANSYS Utility Menu: Parameters → Scalar Parameters →定义变量: \cntr_pt = node (1.6,0.6,0)\→ Accept → Close
ANSYS Main Menu: Time Hist Postproc → Add Value → Nodal Solution → DOF Solution → Temperature →User-specified label: center →picker and press enter: cntr_pt → OK → OK → File → Close
ANSYS Main Menu: Time Hist Postpro → Graph Variables → NVAR1: 2 → OK显示中心点的温度随时间变化曲线
图8-6 中心点的温度随时间变化曲线 图8-7 模型温度变化过程模拟图
ANSYS Main Menu: General Postproc → Read Results → First Set
ANSYS Utility Menu: Plot Ctrls → Style →Contours → Non_uniform Contours →V1: 2643 →V2: 2750 → V3: 3000 → OK
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