新有限元分析实验指导书(2016.6.17)

Mesh200，单击OK。

Size Controls栏，点击Global后面的set，弹出的对话框SIZE输入2，单击OK；点击Lines后面的set，选取模型上表面的孔边沿的4条弧线，弹出的对话框NDIV输入5，单击OK。

Mesh栏，选择Areas，Shape选择Quad，Free后，单击Mesh后弹出选取对话框，鼠标点击几何模型上表面，单击OK，进行网格划分。

4、对模型进行扫琼划分

Main Menu: Preprocessor -> -Meshing ->MeshTool，弹出MeshTool工具对话框，在对话框中，

Element Attributes栏，默认Global，点击set，对几何模型定义属性，【TYPE】选择SOLID45，单击OK。

Size Controls栏，点击Global后面的set，弹出的对话框SIZE输入2，单击OK。 Mesh栏，选择Volumes，Shape选择Hex，Sweep后，单击Sweep后弹出选取对话框，鼠标点击几何模型使模型高亮显示后，单击OK，进行网格划分。

五、实验总结

1、掌握对单元类型的定义方法，了解线、平面、实体等单元在不同类型的几何模型的应用。

2、掌握自由划分、映射划分、扫琼划分三种网格划分方法，对比三种网格划分方法的特点及优劣。

3、能够熟练运用Mesh Tool进行网格划分，控制网格大小及形状。

六、简答与分析

1、ANSYS中哪些类型单元类型？

2、ANSYS中哪些网格划分方法，各有什么特点和优劣？ 3、ANSYS中划分网格如何控制网格大小？

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实验七 管道稳态热分析

一、 实验目的

1. 掌握ANSYS软件基本的几何形体构造方法、网格划分方法、边界条件施加方法及载荷施加方法。

2. 能利用ANSYS软件进行热学有限元分析。 3. 熟悉通用后处理（POST1）和应用菜单的操作。

二、实验设备

微机，ANSYS软件（教学版）。

三、实验内容

一无限长的截面形状和尺寸如图 6.1 所示的厚壁双层圆管，其内、外层温度分别为Ti和To，材料数据和边界条件如表 6.1 所示，利用 ANSYS 程序来求解圆管沿径向的温度分

布情况。

图 6.1 双层管道的截面图

表 6.1 材料性能参数表

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四、实验步骤

1. 指定分析标题并设置分析范畴

首先，指定本实例的分析路径、数据库的名称、分析标题。指定本实例的分析的标题 为：“Thermal Stress in Concentric Cylinders-Indirect Method”， 另外为了得到适合热分析的菜单选项，需要将分析范畴指定为热分析。

1．选取菜单路径 Utility Menu | File | Change Jobname， 将弹出 Change Jobname (修改文件名)对话框。在 Enter new jobname (输入新文件名)文本框中输入文字“CH20”， 为本分析实例的数据库文件名。单击按钮，完成文件名的修改。

2．选取菜单路径 Utility Menu | File | Change Title，将弹出 Change Title (修改标题)对话框。在 Enter new title (输入新标题)文本框中输入文字“ Thermal Stress in Concentric Cylinders-Indirect Method”，为本分析实例的标题名。 单击按钮，完成对标题名的指定。

3．选取菜单路径 Main Menu | Preference， 将弹出 Preference of GUI Filtering (菜单过滤参数选择)对话框。单击对话框中的 Thermal(热)复选框，选中 Thermal 选项，以便 ANSYS的主菜单设置为与热分析相对应的菜单选项。单击指定。

按钮，完成分析范畴的

2 定义单元类型

根据本实例的结构特征，在热分析中选用 8 节点平面热单元 PLANE77， 并将其设置为

轴对称单元类型。下面为定义单元的具体操作过程。

1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Element Type | Add/Edit/Delete，将弹出Element Types (单元类型定义)对话框。单击对话框中的

按钮，将弹出 Library of

Element Types

(单元类型库)对话框。

2．在 Library of Element Type (单元类型库)对话框左边的滚动框中单击“ Thermal Solid”，选择热实体单元类型。在右边的滚动框中单击“ Quad 8node 77”选择 8 节点平面单元 PLANE77。 然后单击按钮，关闭 Library of Element Types (单元类型库)对话框。Element Types (单元类型)对话框中将列出定义的单元类型。

3．设置单元 PLANE77 的轴对称选项。 单击对话框中的

按钮，将弹出

PLANE77 element type options (单元 PLANE77 的选项对话框)。在对话框中， 单击单元行为参数 K3 的下拉设置框中的“Axisymmetric”选项，将单元设置为轴对称单元，单击

按钮，关闭对话框。

4．单击单元类型对话框中的

按钮关闭对话框，完成单元类型的定义。

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3 定义材料热学性能

本实例中共有两种材料，管道内层的钢和外层的铝。其性能参数在前面问题描述中已经给出。因为这里建立的是稳态热分析的有限元模型， 所以只需定义材料的热传导系数。其它属性在进行结构应力分析时再定义，具体的操作如下：

1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Material Props | Material Models，将弹出Define Material Model Behavior (材料模型定义)对话框。

2．在对话框右边列表框中，依次双击 Thermal | Conductivity | Isotropic，将弹出 1 号材料的热传导率 KXX 的定义对话框。

3．在对话框中的 KXX 文本框中输入 0.0234，指定 1 号材料的热传导系数为0.0234，单击

按钮，关闭对话框。在材料模型定义对话框中将会列出定义的 1 号材料。

4．单击对话框中的菜单： Material | New Model，将弹出 Define Material ID(定义新材料编号)对话框。保持对话框中的缺省设置，单击对话框中的按钮关闭对话框。在对话框中的左边列表框中将会出现新增加的材料。

5．重复步骤 2～3，定义 2 号材料的热传导率为 0.152W/mm.oC，单击对话框中的菜Material | Exit，关闭对话框，完成对内外层管道的材料定义。

4 建立轴对称几何模型

由于本实例符合轴对称条件，且他的轴向尺寸无限大，因此可以采用轴对称方法来进行分析。建立模型时只需建立内、外管道的轴对称面即可。具体的操作过程如下。 1．选取菜单路径 Main Menu | Preprocessor | Modeling | Create | Rectangle | By Dimensions，弹出 Create Rectangle by Dimensions (通过尺寸来创建矩形)对话框。

2．在弹出的对话框中，输入矩形四条边的 X、Y 坐标：X1=5.5、X2=10.8、Y1=0、Y2=1.5，单击

按钮，在图形窗口中将显示创建的第一个矩形。由于单击的是

按钮，故对话框会重新弹出。

3．在重新弹出的 Create Rectangle by Dimensions (通过尺寸来创建矩形)对话框中，重复第 2 步的工作，输入四条边的坐标为： X1=10.8、X2=15.6、Y1=0、Y2=1.5，单击按钮，在图形窗口将显示创建的第二个矩形，图 6.2 为创建的两个矩形面。

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