Последовательность действий при определении температурного поля с помощью программного комплекса ANSYS

Ниже в качестве примера приведены действия, выполняемые для моделирования температурного поля в иголке длиной L = 0,02 м и диаметром d = 0,001 м; плотность теплового потока, направленного в иголку из зоны обра­ботки, q_u = 1·10⁶ Вт/м²; температура окружающей среды равна 293 К. Коэффици­ент теплопроводности материала иголки-стержня – 40 Вт/(м·К).

1. Строят прямоугольник, размеры которого равны размерам продольного сечения иголки, по координатам его вершины, ширине и вы­соте.

Определяют координаты прямоугольника-стержня длиной 0,02 м и высотой 0,001 м. Координаты угла: X = 0, Y = 0, ширина 0,02, высота 0,001 (единица измерения – м).

Используют пункт главного меню

Main Menu > Preprozessor > Modeling > Create > Areas > Restangle > Bu 2 Corners.

В диалоговом окне Restangle Bu 2 Corners(рис. 5.3)следует ввести координаты левого нижнего угла (0, 0) (поля WP X и WP Y), ширину (0,02) (поле Width) и высоту (0,001) (поле Height) прямоугольника.

2. Включают нумерацию линий и поверхностей.

Используют пункты выпадающего меню:

Utility Menu > PlotCtrls > Numbering.

В диалоговом окне Plot Numbering Controls последовательно устанавливают параметры LINE, AREA в ON.

Результат выполнения пунктов 1 и 2 приведен на рис. 5.4.

3. Определяют тип решаемой задачи.

Используют пункт главного меню

Main Menu > Preferences …

Впоявившемся диалоговом окне Preferences for GUI Filtering следует установить флажок в поле с меткой Thermal и подтвердить выбор с по­мощью кнопки ОК.

Рис. 5.3. Диалоговое окно создания прямоугольника

По углу, ширине и высоте

Рис. 5.4. Результаты создания геометрической модели

4.Определяют коэффициент теплопроводности материала стержня.

Используют пункт главного меню

Main Menu > Preprozessor > Material Props > Material Models.

В появившемся окне Define Material Model Behavior выбирают пункт:

Material Models Available > Termal > Conductivitu > Isotropic

(рис. 5.5).

В поле с меткой KXX(рис. 5.6)вводятзначение коэффициента теплопроводно­сти – 40 (единица измерения – Вт/(м·К).

5. Назначают количество делений на линиях – границах разбиваемой твердотельной модели.

Вводят команды с клавиатуры, указывая, что линии L1 и L2 делятся на 40 и 4 отрезка соответственно узлами конечно-элементной сетки:

LESIZE, 1, , , 40;

LESIZE, 2, , , 4.

6. Выбирают тип элементов для разбиения модели.

Если использовать пункт главного меню

Main Menu > Preprozessor > Element Type > Add/ Edit/ Delete,

то в появившемся диалоговом окне Element Typesследует нажать кнопкуAdd, а в появившемся после этого окне Libraru of Elements Tupes(рис. 5.7)из раздела Thermal Solid(поскольку решается задача теплообмена) выбрать элемент Quad 4node 55.

Рис. 5.5. Окно выбора физических характеристик материала модели

Рис. 5.6. Окно определения коэффициента теплопроводности

7. Производят упорядоченное разбиение модели.

Действие выполняют, используя команду AMAP, указывая затем последовательно номер разбиваемой поверхности (1) и ключевые точки 1, 2, 3, 4 этой поверхности:

AMAP, 1, 1, 2, 3, 4.

Рис. 5.7. Окно выбора типа элементов для разбиения модели

8. Определяют температуру на границах модели.

Используют пункт главного меню

Main Menu > Preprozessor > Real Constants > Loads > Define Loads > > Applu > Thermal > Temperature > On Lines.

В появившемся окне Applu TEMP on Lines(рис. 5.8)следует выбрать линию L4 (левая граница модели), а в окне с меткой VALUEвторого окна Applu TEMP on Lines(рис. 5.9)ввести 293 К.

Рис. 5.8. Окно выбора линии L4 для задания на ней температуры

Рис. 5.9. Окно задания температуры на линии L4

9. Определяют тепловые потоки на границах модели.

Используют пункт главного меню

Main Menu > Preprozessor > Loads > Applu > Thermal > Heat Flux > On Lines.

В появившемся окне Applu HFLUX On Lines(рис. 5.10)следует выбрать линии L1 и L3 модели, чтобы определить на них тепловой поток. После нажатия кнопки ОКилиAppluв поле ввода VALUEвторого окна Applu HFLUX On Lines(рис. 5.11)следует указать значение теплового потока, равное нулю. Нажимают кнопку Appluи выбирают правую границу L2 модели, чтобы определить на ней тепловой поток, равный 1·10⁶ Вт/м².

10. Решают поставленную задачу.

Для запуска решения используют пункт главного меню

Main Menu > Solution > Solve > Current > LS.

При активизации данного пункта меню появляются два окна. Далее закрывают окно STATUS Command, содержащее служебную информацию о решаемой задаче, затем нажимают кнопку OKво втором окне (Solve Current Load Step).

Рис. 5.10. Окно выбора линии для задания на ней теплового потока

11. Просматривают распределение температур в твердотельной модели.

Используют пункт главного меню

Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu.

В появившемся окне Contour Nodal Solution Dataследует выбрать пункт DOF solution,азатем Nodal Temperature.