ANSYS热分析指南(第三、四章)

如果采用表格参数定义载荷，按如下步骤进行：

1. 如《ANSYS Basic Analysis Procedures Guide》中的“采用表格数组参数施加载荷”所述，用TABLE类型的数组参数定义载荷特性（例如，载荷与时间的关系）。

2. 打开自动时间步长功能（AUTOTS,ON），定义时间步长（DELTIM）或子步数。 3. 定义时间步重置选项。可以选择在求解中不重置时间步,或基于一个已定义好的时间（关键时间）数组重置时间步,或基于一个新的关键时间数组重置时间步。

命令：TSRES

GUI： Main Menu>Preprocessor>Load>Time/Frequenc>Time-Time Step GUI： Main Menu>Preprocessor>Load>Time/Frequenc>Time and Substeps 如果选择用新数组并交互时运行，此时程序要求填写一个n×1的关键时间数组。如果以批处理方式运行，则必须在执行TSRES命令之前定义一个数组，其将时间步重置为由DELTIM或NSUBST命令定义的初始值。如果在应用时间步重置数组（TSRES命令）的同时又采用了另外的时间值数组（OUTRES命令的FREQ = %array%），则需确认：如果

FREQ数组的时间值比在TSRES数组中所对应的最接近的时间值大，则所大的数值至少应为由DELTIM或NSUBST命令定义的初始时间步增量。例如，如果FREQ数组的时间值为1.5, 2, 10, 14.1,和15，TSRES数组的时间值为1, 2, 10, 14,和16（在

这些值处时间步将重新开始），初始时间步增量DTIME =0.2，则程序将停止运算，因为在这种设置下，在时间为14时时间步将重置，那么下一个时间步至少为14.2，所要求的FREQ数组时间值14.1并不存在。

注意：TSRES命令只有在设置了AUTOTS,ON的情况下才有效，如果采用固定时间步长（AUTOTS,OFF）,则TRES被忽略。

定义关键时间数组的方式如下：

命令：*DIM

GUI： Utility Menu>Parameters>Array Parameters>Define/Edit

在关键时间数组中，时间值必须是升序排列的，并且不能超过由TIME命令定义的载荷步结束时间。在求解过程中,时间步可能会在数组定义的关键时刻点被重置.重置的大小基于命令DELTIM,DTIME或NSUBST,NSBSTP设置的初始时间步尺寸或子步数。

4．用一个与关键时间数组类似的n×1数组参数来指定将哪些时刻的计算结果写入结果文件。可以就利用关键时间数组，或用一个不同的数组。如果是交互式运行程序，可在此时创建一个数组或采用已有数组，如果是批处理方式运行程序，则必须在OUTRES命令之前定义该数组。

命令：OUTRES

GUI：Main Menu>Solution>-Load Step Opts-Ouput Ctrls>DB/Results File

注意：只有在采用下列仅传热单元、热电单元、热表面效应单元、流体单元（FLUID166）或这些单元的组合的情况下，才能使用TSRES命令和相应的时间步策略：

LINK31、LINK32、LINK33、PLANE35、MATEIX50、PLANE55、SHELL57、PLANE67（只有热自由度）、LINK68（只有热自由度）、SOLID69（只有热自由度）、SOLID70、MASS71、PLANE75、PLANE77、SOLID87、SOLID90、FLUID116、SURF151、SURF152、SHELL157（只有热自由度）、TARGE169、TARGE170、CONTA171、CONTA172、CONTA173、CONTA174。

4.5.3.2通用选项

求解控制选项

该选项打开或关闭ANSYS内部的求解控制功能，如果打开，则用户通常只需定义子步数（NSUBST）或时间步长（DELTIM），以及载荷步结束时间（TIME），其它的求解控制命令将由程序自动设置为其最佳值，详见《ANSYS命令手册》中对SOLCONTROL命令的描述。按下述方式打开或关闭求解控制：

命令：SOLCONTROL

GUI：Main Menu>Solution>Solution Ctrl 时间选项

该选项定义载荷步的结束时间，缺省情况下，第一个荷载步结束的时间是1.0，此后的荷载步对应的时间强逐次加1.0。

命令：TIME

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts-Time/Frequenc>Time and Substps 每载荷步中子步的数量或时间步大小

对于非线性分析，每一载荷步需要多个子步。缺省情况下每个荷载步有一个子步。 对于瞬态分析，在热梯度较大的区域（如淬火体的表面），热流方向的最大单元尺寸和能够得到好结果的最小时间步长有一个关系。在时间步保持不变的时候，更多的单元通常会得到更好的结果；但是，在网格尺寸不变的时候，子步越多，结果反而会变得更差。当采用自动时间步和代中间节点的二次单元时，ANSYS建议使用者根据输入的荷载来控制最大的时间步长，根据下面的关系来定义最小的时间步长：

其中为在热梯度最大处沿热流方向的单元长度，为扩散率，它等于导热系数除以密度

与比热的乘积（）。当采用有中间节点的单元时，如果违反上述关系式，ANSYS

的计算会出现不希望的振荡，计算出的温度会在物理上超出可能的范围。如果不采用带中间节点的单元，则一般不会计算出振荡的温度分布，那么上述建议的最小时间步长就有些保守。

注意：不要采用特别小的时间步长，特别是当建立初始条件时。在ANSYS中，很小的数可能导致计算错误，比如：当一个问题的时间量级为的时候，时间步长为1×10能产生数值错误。

命令：NSUBST或DELTIM

GUI: Main Menu>Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps

4.5.4非线性选项

－10

时就可

对于单场非线性热分析，ANSYS允许三种求解选项：FULL选项对应于缺省的全N-R算法；Quasi选项对应于在非线性热问题求解过程中有选择性地重构热矩阵－只有当非线性材料的性质改变量较大（用户控制）时，才重构热矩阵，该选项在时间步间不执行平衡迭代，材料性质根据载荷步开始时的温度来确定；Linear选项只在每个载荷步的第一个时间步构建一个热矩阵，它只适用于进行快速求解以得到一个近似的结果。

在ANSYS中，这些选项可通过THOPT命令来选择，Quasi和Linear选项直接组集热矩阵，只有ICCG和JCG求解器支持这种求解，可用EQSLV命令选择这些求解器。

对于Quasi求解选项，必须定义用于矩阵重构的材料参数改变容差，缺省的容差为0.05，对应于材料参数变化5％。Quasi选项设置一个单一的固定材料表以及在最高和最低温度之间等分的温度指针，用以计算随温度变化的材料性质。因此，采用该选项时，必须为固定材

料表定义温度指针数（缺省为64）以及最高和最低温度（缺省为MPTEMP命令定义的最高和最低温度）。还可用THOPT命令定义其它非线性载荷选项。

命令：THOPT

GUI:Main Menu>Solution>Analysis Options

只有存在非线性时，才需要定义非线性荷载步选项，包括： 平衡迭代次数

本选项设置每一子步允许的最大迭代次数，默认值为25，对大多数非线性热分析问题已经足够。如果打开求解控制（SOLCONTROL,ON），则缺省的迭代数介于15到26之间，根据具体的物理问题而变化。

命令：NEQIT

GUI: Main Menu> Solution>-Load step opts>Nonlinear>Equilibrium Iter 自动时间步长

在瞬态分析中也称为的时间步优化，它使程序自动确定子步间的载荷增量。同时，它根据分析模型的响应情况，自动增、减时间步大小。在瞬态分析中，响应检测基于热特征值。对于THOPT,Quasi选项，时间步的修正也基于求解过程中的材料参数变化情况。如果特征值小，就采用大的时间步，反之亦然。在确定下一时间步长时，上一时间步中所进行的平衡迭代数量也是要考虑的依据之一，同时也要考虑非线性单元的状态变化。对于大多数问题，都应该打开自动时间步长功能并设置积分时间步长的上下限，上下限的设置可用NSUBST或DELTIM命令或下面相应的菜单路径，这种设置有助于控制时间步长的变化量。

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps 设置自动时间步选项： 命令：AUTOTS

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time and Substps 调整自动时间步长中的默认参数值 命令：TINTP

GUI: Main Menu> Preprocessor> Loads >-Load Step Opts-Time/Frequenc> Time Integration

时间积分效应

该选项决定了是否包括结构惯性力，热容之类的瞬态效应。

注意：在瞬态分析时，时间积分效应缺省是打开的，如果将其设为OFF，ANSYS将进行一个稳态分析。指定时间积分效应，使用：

命令：TIMINT

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time Integration 瞬态积分参数

瞬态积分参数：此参数控制时间积分方案的性质并设定自动时间步长控制标准，详情请参考《ANSYS Theory Reference》。为尽量减少计算结果中的误差，可将此参数（THETA值）设为1。

命令：TIMINT

GUI: Main Menu> Solution>-Load Step Opts->Time/Frequenc>Time Integration 对收敛容差，求解结束，线性搜索，预测－矫正等选项的设置参见本书第三章。

4.5.5输出控制

本节内容可参见本书第三章。

4.5.6求解

本节内容可参见本书第三章。

4.6后处理

ANSYS提供两种后处理方式。

4.6.1通用后处理（POST1）

本节内容可参见本书第三章。

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