第2 2 章 热-应力耦合分析实例 温度的分布不均会导致部件内部产生热应力,在结构分析中常会遇到需要考虑温度场对应力分布影响的情况。特别在进行各类燃机的部件,如航空发动机的涡轮盘、叶片等的强度计算分析时通常要考虑热问题。各类输送管道由于内外温度不同也会产生热应力。另外材料的性能和其温度是相关的,不同的温度下其性能通常不同,这也会造成部件应力分布的变化。为此,本章通过实例来讲解如何用 ANSYS6.1 来进行这类问题的分析。 22.1 问题描述 一无限长的截面形状和尺寸如图 22.1 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 22.1 所示,利用 ANSYS 程序来求解圆管沿径向的温度分布情况,并求解圆管内沿径向和周向的应力情况。 图 22.1 双层管道的截面图 表 22.1 材料性能参数表 材料编号 热导率(W/mm. oC)弹性模量(MPa) 泊松比 热膨胀系数(-oC-1) 1(钢),内层 0.0234 2.05E5 0.3 10.3 2 (铝) ,外层 0.152 0.63E5 0.33 20.7 从上面描述的问题可以看出,本实例属于轴对称问题,可以采用轴对称方法来进行分析。同时本问题为典型的热-应力耦合问题,可以采用间接法顺序耦合分析的一般步骤进行分析。因为管道为无限长,故建立模型时轴向尺寸可以是任意大于零的值,且将其一边轴向约束,一边所有节点轴向自由度耦合。下面我们将首先建立有限元模型,进行稳态热分析,并观察分析其沿径向的温度分布情况。然后将模型中的热单元类型转换成对应的结构分析单元类型,重新定义材料的力学性能参数,并将热分析的结果以体载荷的形式施加到模型中,定义合理的边界条件,进行结构静力求解。最后,观察并分析整个结构沿径向和周向的应力分布情况。 22.2 建立模型 在 ANSYS6.1 中,首先通过完成如下工作来建立本算例的有限元模型,需要完成的工作有:指定分析标题,定义材料性能,定义单元类型,建立几何模型并划分有限元网格等。本节中定义的单元类型和材料属性都是针对热分析的。下面将详细讲解分析过程。 22.2.1 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...