Marc2005-温度场分析和热应力分析 MARC2005pr3——温度场和应力场分析 1 综述 自然界中的热传导现象无处不在,无时不有。几乎所有工程问题都在某种程度上与热有关,如焊接、铸造、各种冷加工、各种热加工过程、高温环境中的热辐射、通电线圈的发热等。 根据传热问题类型和便捷条件的不同,可将热传导相关问题根据与时间相关性、线性与非线性、耦合和非耦合的关系进行不同的分类。 1. 与时间相关性分类 与时间无关的稳态传热(STEADY STATE); 与时间相关的瞬态传热(TRANSIENT); 2. 线性与非线性分类 材料参数和边界条件不随温度变化的线性热传导; 材料参数和边界条件对温度敏感的非线性传热(如相变潜热,辐射,强迫对流等); 3. 耦合与非耦合分类 热传导非耦合分析(HEAT TRANSFER); 温度场与变形相互作用的热-机耦合(COUPLED); 温度场与流体运动相互作用的流-热耦合(FUILD-THERMAL); 温度场、流场和结构位移场相互作用的流-热-固耦合(FLUID-THERMAL-SOLID); 温度场与电场相互影响的焦耳生热(JOULE HEATING); 热传导相关问题在定义上都是以上分类的组合,每个热传导换到相关问题都是上述三种分类方法的交集,比如说:耦合+非线性+瞬态,不同的问题是上述三种匪类的交叉组合。(注意:以上只是粗略分类,有些问题属于上述分类之外)。 温度场问题设计以上诸多方方面面,由此可见,热传导分析所设涉及的内容是十 分复 杂 的。 MARC 软 件作为 一 个处理 高度非线性问题的通用有限 元 分析软 件,提 供 了 广泛 的热传导分析功 能 ,支 持 上述各类传热分析。 本 章 从 热传导问题的基 本 方程和有限 元 分析的基 本 原 理 出 发,着 重 介 绍 用MARC/Mentat分析各类传热问题的理 论 、流程、方法和技 巧 ,并 给 出 了 一 些应用算 例 。 Z.G Han USTB Hanxu361@sohu.com 1Marc2005-温度场分析和热应力分析 2.热传导分析的有限元法 2.1 热传导问题的数学描述 在一般的三维问题中,对于体积为V,表面积为Γ 的连续介质,瞬态温度场场变量T 在直角坐标中应满足的微分方程(根据能量守恒定律建立)是: 0iiqTQcxtρ∂∂−+−=∂∂ (2-1) 其中T 为温度(单位:K),Q 为单位体积的热生成率(单位:W/ m3),是热流矢量的分量(单位:W/m2),iqρ 为单位体积的质量密度(单位:Kg/m3),c是比热(单位:J/(Kg*K)),t 表示时间。按Fou...