ANSYS 18.0热力学有限元分析从入门到精通

ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学等多物理场于一体的大型通用有限元分析软件。包括多个模块，不但可进行隐式分析，也可进行显式分析，并且可进行多物理场间的复杂耦合分析。    本书以ANSYS18.0为平台，对ANSYS热分析和与热相关的耦合场分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了介绍，并结合工程应用实例讲述了ANSYS的具体使用方法。    本书以ANSYS18.0为平台，对ANSYS热分析和与热相关的耦合场分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了介绍，并结合工程应用实例讲述了ANSYS的具体使用方法。    本书实例部分采用GUI方式一步一步地讲解操作步骤，在每个实例的后面列出了分析过程的命令流文件，同时还赠送配套光盘，收录了全书所有实例的APDL程序文件和实例操作过程录屏讲解AVI文件，可以让读者轻松快捷地掌握ANSYS18.0热分析的操作技巧和工程应用方法。    本书可供汽车、压力容器、国防军工、土木工程、金属热加工等行业进行热分析与产品开发使用，也可以作为大学本科学生与研究生进行热分析的参考教材。

前言
第1章ANSYS热分析简介及常用操作1
1.1ANSYS热分析简介2
1.1.1ANSYS的热分析能力2
1.1.2ANSYS热分析分类3
1.1.3ANSYS中与热相关的耦合场分析种类3
1.1.4ANSYS中热分析单元简介3
1.2ANSYS中常用操作6
1.2.1拾取操作6
1.2.2显示操作7
第2章热分析基础知识10
2.1传热学基本理论11
2.1.1符号与单位11
2.1.2热传递的方式12
2.1.3热力学第1定律13
2.1.4热分析的控制方程14
2.2热分析有限元法14
2.3热分析网格划分误差及计算误差估计16
第3章稳态热分析18
3.1稳态热分析概述19
3.1.1稳态热分析定义19
3.1.2稳态热分析的控制方程19
3.2热载荷和边界条件的类型19
3.2.1概述19
3.2.2热载荷和边界条件注意事项20
3.3稳态热分析基本步骤20
第4章稳态热分析实例详解23
4.1实例一——电线生热分析24
4.1.1问题描述24
4.1.2问题分析24
4.1.3GUI操作步骤24
4.1.4APDL命令流程序40
4.2实例二——蒸汽管分析43
4.2.1问题描述43
4.2.2问题分析44
4.2.3GUI操作步骤44
4.2.4APDL命令流程序57
4.3实例三——热力管分析62
4.3.1问题描述62
4.3.2问题分析62
4.3.3GUI操作步骤63
4.3.4APDL命令流程序79
4.4实例四——肋片换热器分析80
4.4.1问题描述80
4.4.2问题分析80
4.4.3GUI操作步骤80
4.4.4APDL命令流程序87
第5章瞬态热分析与非线性热分析88
5.1瞬态热分析概述89
5.1.1瞬态热分析特性89
5.1.2瞬态分析前处理考虑因素89
5.1.3控制方程89
5.1.4时间积分与时间步长预测90
5.1.5时间步长设置91
5.1.6数值求解过程92
5.1.7瞬态分析准确程度的评估92
5.1.8初始条件的施加93
5.2非线性分析综述95
5.2.1非线性分析特点95
5.2.2稳态非线性求解过程95
5.2.3非线性分析步骤96
第6章瞬态热分析实例详解105
6.1实例一——钢板加热过程分析106
6.1.1问题描述106
6.1.2问题分析106
6.1.3GUI操作步骤106
6.1.4APDL命令流程序114
6.2实例二——钢制零件淬油过程分析116
6.2.1问题描述116
6.2.2问题分析117
6.2.3GUI操作步骤117
6.2.4APDL命令流程序124
6.3实例三——温度控制加热器分析126
6.3.1问题描述126
6.3.2问题分析127
6.3.3GUI操作步骤127
6.3.4APDL命令流程序135
6.4实例四——两环形零件在圆筒形水箱中的冷却过程135
6.4.1问题描述135
6.4.2问题分析135
6.4.3GUI操作步骤135
6.4.4APDL命令流程序141
第7章热辐射分析142
7.1热辐射基本理论及在ANSYS中的处理方法143
7.1.1热辐射特性143
7.1.2热辐射基本术语143
7.1.3ANSYS中热辐射的处理方法146
7.2ANSYS中辐射建模方法146
7.2.1使用辐射线单元建立辐射模型147
7.2.2使用表面效应单元建立辐射模型147
7.2.3使用辐射矩阵单元建立辐射模型149
第8章热辐射分析实例详解155
8.1实例一——黑体热辐射分析156
8.1.1问题描述156
8.1.2问题分析156
8.1.3GUI操作步骤156
8.1.4APDL命令流程序159
8.2实例二——两同心圆柱体间热辐射分析160
8.2.1问题描述160
8.2.2问题分析161
8.2.3GUI操作步骤161
8.2.4APDL命令流程序171
8.3实例三——一长方体形坯料空冷过程分析173
8.3.1问题描述173
8.3.2问题分析173
8.3.3GUI操作步骤174
8.3.4APDL命令流程序179
8.4实例四——一圆台形物体热辐射分析179
8.4.1问题描述179
8.4.2问题分析180
8.4.3GUI操作步骤180
8.4.4APDL命令流程序186
第9章相变分析187
9.1相变基本术语188
9.1.1相和相变188
9.1.2潜在热量和焓188
9.2ANSYS中的相变分析基本思路及求解设置189
9.2.1相变分析基本思路189
9.2.2求解设置191
第10章相变分析实例详解193
10.1实例一——茶杯中水结冰过程分析194
10.1.1问题描述194
10.1.2问题分析194
10.1.3GUI操作步骤195
10.1.4APDL命令流程序209
10.2实例二——某零件铸造过程分析212
10.2.1问题描述212
10.2.2问题分析213
10.2.3GUI操作步骤213
10.2.4APDL命令流程序222
10.3实例三——某焊接件两焊缝在顺序焊接过程中分析222
10.3.1问题描述222
10.3.2问题分析223
10.3.3GUI操作步骤223
10.3.4APDL命令流程序234
第11章自适应网格划分及生死单元技术235
11.1自适应网格划分技术236
11.1.1自适应网格划分技术定义236
11.1.2自适应网格划分的先决条件236
11.1.3自适应网格划分技术的应用方法236
11.1.4定制ADAPT宏（UADAPT.MAC）239
11.1.5自适应网格划分的一些说明240
11.2生死单元技术241
11.2.1单元的生和死的定义241
11.2.2单元生死的基本原理242
11.2.3使用ANSYS结果控制单元生死方法244
11.2.4单元生死技术的注意事项246
第12章与温度场相关的耦合场分析247
12.1耦合场分析概述248
12.1.1耦合场分析的定义248
12.1.2耦合场分析的类型248
12.1.3直接耦合解法或间接耦合解法的应用范围251
12.1.4涉及热分析的直接耦合和间接耦合分析典型应用实例251
12.2间接手工热—应力耦合分析252
12.2.1基本特点252
12.2.2基本过程253
12.2.3基本操作步骤255
12.3摩擦生热在ANSYS中的计算方法257
第13章热结构耦合分析实例详解258
13.1实例一——两种不同线胀系数的物体热应力分析259
13.1.1问题描述259
13.1.2问题分析259
13.1.3GUI操作步骤—259
13.1.4APDL命令流程序—268
13.2实例二——两厚壁筒热应力分析269
13.2.1问题描述269
13.2.2问题分析269
13.2.3GUI操作步骤269
13.2.4APDL命令流程序279
13.3实例三——两物体热接触分析281
13.3.1问题描述281
13.3.2问题分析282
13.3.3GUI操作步骤282
13.3.4APDL命令流程序291
13.4实例四——某扁挤压筒的热结构耦合分析292
13.4.1问题描述292
13.4.2问题分析292
13.4.3GUI操作步骤292
13.4.4APDL命令流程序302
13.5实例五——圆柱形坯料镦粗过程分析302
13.5.1问题描述302
13.5.2问题分析303
13.5.3GU1操作步骤303
13.5.4APDL命令流程序314
……
第14章摩擦生热分析实例详解315
第15章高级应用实例详解339
参考文献414

有限元法以其独有的计算优势在目前工程应用中得到了广泛的发展和应用，并由此产生了一批非常成熟的通用和专业有限元商业软件。ANSYS软件以它的多物理场耦合分析功能而成为CAE软件的应用主流，在热分析工程应用中得到了较为广泛的应用。    本书以ANSYS18.0为平台，对ANSYS热分析和与热相关的耦合场分析的基本思路、操作步骤、应用技巧进行了介绍，并结合工程应用实例讲述了ANSYS的具体使用方法。    全书分为15章，第1章介绍了ANSYS的热分析及耦合场分析能力，以及常用的拾取和显示操作方法；第2章介绍了传热学的基本理论；第3章介绍了ANSYS稳态热分析的基本步骤；第4章介绍了利用ANSYS对电线生热、蒸汽管、热力管、肋片换热器进行稳态热分析的操作步骤；第5章介绍了ANSYS瞬态热分析的基本步骤；第6章详细介绍了利用ANSYS对钢板加热过程、钢制零件淬油过程、温度控制加热器、两环形零件在一圆筒形水箱中冷却过程进行瞬态热分析的操作步骤；第7章介绍了ANSYS热辐射分析的基本步骤；第8章详细介绍了黑体热辐射、两同心圆柱体间热辐射、长方体形坯料空冷过程分析、圆台形物体热辐射分析中的ANSYS操作步骤；第9章介绍了ANSYS相变分析的基本步骤；第10章介绍了利用ANSYS对茶杯中水结冰过程、零件铸造过程、焊接件两焊缝在顺序焊接过程进行相变分析的操作步骤；第11章介绍了在热分析中应用到的自适应网格划分及生死单元技术；第12章介绍了ANSYS耦合场分析方法，并重点介绍了间接手工热-应力耦合分析方法。第13章介绍了两种不同线胀系数的物体热应力分析、两厚壁筒热应力分析、两物体热接触分析、扁挤压筒的热结构耦合分析、圆柱形坯料镦粗过程分析中的ANSYS操作步骤；第14章详细介绍了两物体相对滑动过程中和相对转动过程中的摩擦生热分析中的ANSYS操作步骤；第15章为高级应用，主要介绍了地下弥散过程分析，应用自适应网格技术进行矩形截面梁的稳态热分析、热电耦合分析，电磁感应加热分析等的ANSYS操作步骤。    本书所举实例具有典型性、新颖性。本书配送光盘，包括全书所有实例的APDL程序的文件和实例操作过程录屏讲解AVI文件，读者可以轻松快捷地掌握利用ANSYS18.0进行热分析的操作技巧和工程应用方法。为开阔读者视野，丰富本书学习价值，光盘同时额外赠送海量ANSYS机械、土建、热力学、流体、耦合场分析实例源文件和视频教程。    本书适合利用ANSYS进行热分析的初学者和期望提高热分析工程应用能力的读者使用，，本书可供汽车、压力容器、国防军工、土木工程、金属热加工等行业进行热分析与产品开发使用，也可以作为大学本科学生与研究生进行热分析的参考教材。    本书主要由军械工程学院的贾长治老师和石家庄三维书屋文化传播有限公司的胡仁喜和康士廷两位老师编写。刘昌丽、王敏 王玮 阴平华 秦志霞 闫聪聪、杨雪静、卢园、孟培、李亚莉、李瑞、甘勤涛、李兵、孙立明、王培合、王义发、王玉秋、张日晶、周冰、张俊生、王学兵 王渊峰等人也参加了部分编写工作。由于时间仓促，加之作者水平有限，疏漏之处在所难免，欢迎读者加入学习交流QQ群（379090620）或者登陆网站www.sjzswsw.com或联系win760520@126.com提出宝贵的批评意见。    编  者