成都电子机械高等专科学校毕业设计（论文）
第三章 ANSYS分析
3．1、Ansys概述
Ansys公司创建与1970年，当时称为Swanson分析系统公司。它开发并在全球各地销售工程模拟软件和技术，这些产品和技术被多种行业的工程师和设计师采用，包括航天、汽裁领导的专门机构-QA部，负责软件质量及可靠性测试。同时Ansys公司自建立伊始，便推出支持教学与研究的院校版本，与代表世界计算机技术最高水平的高校及专业研究单位的紧密结合，促使Ansys软件比任何其他有限元软件更快的吸取最先进的计算方法及研究成果，进而造就了不断推陈出新，技术日新月异的有限元分析软件。
ANSYS是一种广泛的商业套装工程分析软件。所谓工程分析软件，主要是在机械结构系统受到外力负载所出现的反应，例如应力、位移、温度等，根据该反应可知道机械结构系统受到外力负载后的状态，进而判断是否符合设计要求。一般机械结构系统的几何结构相当复杂，受的负载也相当多，理论分析往往无法车、制造、电子和生物医学等各个领域。
其著名的分析软件系统Ansys是以FEA为理论背景，多年来一直致力于计算机辅助工程分析（CAE）软件的开发、维护及售后服务，使公司在分析设计界始终保持一流地位，并以领导者的身份引导着世界有限元分析（FEA）软件的发展。
创造优质可靠的软件是Ansys公司一贯秉承的宗旨。早在1983年，公司就成立了一个直接受总进行。想要解答，必须先简化结构，采用数值模拟方法分析。由于计算机行业的发展，相应的软件也应运而生，ANSYS软件在工程上应用相当广泛，在机械、电机、土木、电子及航空等领域的使用，都能达到某种程度的可信度，颇获各界好评。使用该软件，能够降低设计成本，缩短设计时间。 ANSYS软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元软件，可广泛的用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家电等一般工业及科学研究。该软件提供了不断改进的功能清单，具体包括：结构高度非线性分析、电磁分析、计算流体力学分析、设计优化、接触分析、自适应网格划分及利用ANSYS参数设计语言扩展宏命令功能。
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Ansys软件的主要特点：
Ansys是迄今为止世界范围内唯一取得ISO9001质量认证的CAE类软件。 Ansys是美国机械工程师协会（ASME），美国核安全局（NQA）及近二十种专业技术协会认证的标准分析软件。
Ansys是第一个通过“中国压力容器标准化技术委员会”技术验证的分析软件。
几乎所有世界范围内的知名汽车设计及制造公司均选用Ansys作为其分析设计软件。
Ansys软件是目前唯一能实现融结构、传热、电磁场、流体动力学等多学科于一体的有限元分析软件。
Ansys软件是目前唯一能实现前处理、分析求解、后处理及多场分析统一数据库的大型FEA软件。
Ansys是目前唯一实现微机、工作站、大型机直至巨型机统一用户界面、统一分析功能、文件完全兼容的分析软件。
Ansys软件连续几年年销售额的增长率为全球范围内最高的分析软件，大大高于第二位的分析软件。
Ansys公司是96年唯一被《工业周刊》评为“美国技术先导公司”的CAE类公司。
Ansys软件是唯一能实现多场及多场耦合分析的软件
Ansys软件是唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA软件
Ansys软件是唯一具有多物理场优化功能的FEA软件 Ansys软件是唯一具有中文界面的大型通用有限元软件 Ansys软件有强大的非线性分析功能
Ansys软件有多种求解器分别适用于不同的问题及不同的硬件配置 Ansys软件可以支持异种、异构平台的网络浮动，在异种、异构平台上用户界面统一、数据文件全部兼容
Ansys软件 的强大的并行计算功能支持分布式并行及共享内存式并行 Ansys软件有多种自动网格划分技术 Ansys软件有良好的用户开发环境
Ansys软件作为国际工程界广泛认可的著名CAE软件，在全球拥有几万家用户，分布在航空、航天、国防、军工、汽车、船舶、机制、土建、铁道、交通、冶金、石油、化工、能源、电子、材料、橡胶、家电、医学等学科和工程领域，据统计，在全球最大的100家跨国公司中，有68%是Ansys软件的用户。经过几
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十年的经营，Ansys中国用户已达数千家，越来越多的用户已将Ansys应用于本行业的工程实际设计分析中，并发挥了显著的经济效益。
3．2 热分析简介 3．2．1 热分析的目的
热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量〕等。
热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元件等。
3．2．2 ANSYS 热分析分类
? 稳态传热：系统的温度场不随时间变化 ? 瞬态传热：系统的温度场随时间明显变化
3．2．3 符号与单位
项目 长度 时间 质量 温度 力 能量（热量） 功率（热流率） 热流密度 生热速率 导热系数 对流系数 密度 比热 焓
国际单位 m s Kg ℃ N J W W/m2 W/m3 W/m-℃ Kg/m3 J/Kg-℃ J/m3 英制单位 ft s lbm oANSYS代号 KXX HF DENS C ENTH F lbf BTU BTU/sec BTU/sec-ft2 BTU/sec-ft3 BTU/sec-ft-oF lbm/ft3 BTU/lbm-oF BTU/ft3 ?W/m2-℃ BTU/sec-ft2-oF 28
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3．2．4 热传递的方式
热传导
热传导可以定义为完全接触的两个物体之间或一个物体的不同部分之间由于温度梯度而引起的内能的交换。热传导遵循付里叶定律：
q????k表示热量流向温度降低的方向。 热对流
dT，式中q??为热流密度（W/m2），k为导热系数（W/m-℃），“-”dx 热对流是指固体的表面与它周围接触的流体之间，由于温差的存在引起的热量的交换。热对流可以分为两类：自然对流和强制对流。热对流用牛顿冷却方程来描述：q???h(TS?TB)，式中h为对流换热系数（或称膜传热系数、给热系数、膜系数等），TS为固体表面的温度，TB为周围流体的温度。
热辐射
热辐射指物体发射电磁能，并被其它物体吸收转变为热的热量交换过程。物体温度越高，单位时间辐射的热量越多。热传导和热对流都需要有传热介质，而热辐射无须任何介质。实质上，在真空中的热辐射效率最高。
在工程中通常考虑两个或两个以上物体之间的辐射，系统中每个物体同时辐射并吸收热量。它们之间的净热量传递可以用斯蒂芬—波尔兹曼方程来计算：
44，????A1F12(T1?T2)，式中q为热流率，?为辐射率（黑度）
为斯蒂芬－波尔兹曼常数，约为5.67×10-8W/m2.K4，A1为辐射面1的面积，
F12为由辐射面1到辐射面2的形状系数，T1为辐射面1的绝对温度，T2为
辐射面2的绝对温度。由上式可以看出，包含热辐射的热分析是高度非线性的。
3．2．5 稳态传热
如果系统的净热流率为０，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量：q
流入
+q
生成
-q
流出
=0，则系统处于热稳态。在稳态热分析中任一
节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为（以矩阵形式表示）
?K??T???Q?
式中：?K?为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；
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?T?为节点温度向量；
?Q?为节点热流率向量，包含热生成；
?? ANSYS利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件，生成?K?、?T?以及Q。
3．2．6瞬态传热
瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。根据能量守恒原理，瞬态热平衡可以表达为（以矩阵形式表示）：
????K??T???Q? ?C??T式中:
?K?为传导矩阵，包含导热系数、对流系数及辐射率和形状系数；
?C?为比热矩阵,考虑系统内能的增加;
?T?为节点温度向量；
?T??为温度对时间的导数;
?Q?为节点热流率向量，包含热生成。
3．2．7边界条件、初始条件
ANSYS热分析的边界条件或初始条件可分为七种：温度、热流率、热流密度、对流、辐射、绝热、生热。
3．3．稳态热分析的基本过程 ANSYS热分析可分为三个步骤：
? 前处理： 建模（在Solidworks2007中建模后导入ansys中） ? 求解： 施加载荷计算 ? 后处理： 查看结果 3．3．1 建模
①、确定jobname、title、unit；
②、进入PREP7前处理，定义单元类型，设定单元选项； ③、定义单元实常数；
④、定义材料热性能参数，对于稳态传热，一般只需定义导热系数，它可
以是恒定的，也可以随温度变化； ⑤、创建几何模型并划分网格
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