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第1章 ANSYS热分析简介及常用操作1

1.1 ANSYS热分析简介2

1.1.1 ANSYS的热分析能力2

1.1.2 ANSYS热分析分类2

1.1.3 ANSYS中与热相关的耦合场分析种类3

1.1.4 ANSYS中热分析单元简介3

1.2 ANSYS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 热力学第一定律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

4.1.3 GUI操作步骤24

4.1.4 APDL命令流程序39

4.2 实例二——蒸汽管分析42

4.2.1 问题描述42

4.2.2 问题分析42

4.2.3 GUI操作步骤43

4.2.4 APDL命令流程序55

4.3 实例三——热力管分析60

4.3.1 问题描述60

4.3.2 问题分析61

4.3.3 GUI操作步骤61

4.3.4 APDL命令流程序77

4.4 实例四——肋片换热器分析78

4.4.1 问题描述78

4.4.2 问题分析78

4.4.3 GUI操作步骤78

4.4.4 APDL命令流程序86

第5章 瞬态热分析与非线性热分析87

5.1 瞬态热分析概述88

5.1.1 瞬态热分析特性88

5.1.2 瞬态分析前处理考虑因素88

5.1.3 控制方程88

5.1.4 时间积分与时间步长预测89

5.1.5 时间步长设置90

5.1.6 数值求解过程91

5.1.7 瞬态分析准确程度的评估91

5.1.8 初始条件的施加92

5.2 非线性分析综述94

5.2.1 非线性分析特点94

5.2.2 稳态非线性求解过程94

5.2.3 非线性分析步骤95

第6章 瞬态热分析实例详解104

6.1 实例一——钢板加热过程分析105

6.1.1 问题描述105

6.1.2 问题分析105

6.1.3 GUI操作步骤105

6.1.4 APDL命令流程序113

6.2 实例二——钢制零件淬油过程分析115

6.2.1 问题描述115

6.2.2 问题分析116

6.2.3 GUI操作步骤116

6.2.4 APDL命令流程序122

6.3 实例三——温度控制加热器分析125

6.3.1 问题描述125

6.3.2 问题分析126

6.3.3 GUI操作步骤126

6.3.4 APDL命令流程序133

6.4 实例四——两环形零件在圆筒形水箱中冷却过程134

6.4.1 问题描述134

6.4.2 问题分析134

6.4.3 GUI操作步骤134

6.4.4 APDL命令流程序140

第7章 热辐射分析141

7.1 热辐射基本理论及在ANSYS中的处理方法142

7.1.1 热辐射特性142

7.1.2 热辐射基本术语142

7.1.3 ANSYS中热辐射的处理方法145

7.2 ANSYS中辐射建模方法145

7.2.1 使用辐射线单元建立辐射模型146

7.2.2 使用表面效应单元建立辐射模型146

7.2.3 使用辐射矩阵单元建立辐射模型148

第8章 热辐射分析实例详解154

8.1 实例一——黑体热辐射分析155

8.1.1 问题描述155

8.1.2 问题分析155

8.1.3 GUI操作步骤155

8.1.4 APDL命令流程序158

8.2 实例二——两同心圆柱体间热辐射分析159

8.2.1 问题描述159

8.2.2 问题分析160

8.2.3 GUI操作步骤160

8.2.4 APDL命令流程序170

8.3 实例三——长方体形坯料空冷过程分析172

8.3.1 问题描述172

8.3.2 问题分析172

8.3.3 GUI操作步骤173

8.3.4 APDL命令流程序178

8.4 实例四——圆台形物体热辐射分析178

8.4.1 问题描述178

8.4.2 问题分析179

8.4.3 GUI操作步骤179

8.4.4 APDL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

9.2 ANSYS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

10.1.3 GUI操作步骤195

10.1.4 APDL命令流程序207

10.2 实例二——零件铸造过程分析211

10.2.1 问题描述211

10.2.2 问题分析212

10.2.3 GUI操作步骤212

10.2.4 APDL命令流程序221

10.3 实例三——焊接件两焊缝在顺序焊接过程中分析221

10.3.1 问题描述221

10.3.2 问题分析222

10.3.3 GUI操作步骤222

10.3.4 APDL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237

11.1.4 定制ADAPT宏（UADAPT.MAC）240

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245

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253

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——两种不同膨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

13.1.3 GUI操作步骤259

13.1.4 APDL命令流程序267

13.2 实例二——两厚壁筒热应力分析268

13.2.1 问题描述268

13.2.2 问题分析269

13.2.3 GUI操作步骤269

13.2.4 APDL命令流程序278

13.3 实例三——两物体热接触分析280

13.3.1 问题描述280

13.3.2 问题分析281

13.3.3 GUI操作步骤281

13.3.4 APDL命令流程序290

13.4 实例四——扁挤压筒的热结构耦合分析291

13.4.1 问题描述291

13.4.2 问题分析291

13.4.3 GUI操作步骤291

13.4.4 APDL命令流程序301

13.5 实例五——圆柱形坯料镦粗过程分析301

13.5.1 问题描述301

13.5.2 问题分析302

13.5.3 GUI操作步骤303

13.5.4 APDL命令流程序313

第14章 摩擦生热分析实例详解314

14.1 实例一——两物体相对滑动过程中的摩擦生热分析315

14.1.1 问题描述315

14.1.2 问题分析315

14.1.3 GUI操作步骤315

14.1.4 APDL命令流程序324

14.2 实例二——两物体相对转动过程中的摩擦生热分析329

14.2.1 问题描述329

14.2.2 问题分析330

14.2.3 GUI操作步骤330

14.2.4 APDL命令流程序337

第15章 高级应用实例详解338

15.1 实例一——地下弥散过程分析339

15.1.1 问题描述339

15.1.2 问题分析339

15.1.3 GUI操作步骤339

15.1.4 APDL命令流程序344

15.2 实例二——矩形截面梁稳态热交换过程的分析345

15.2.1 问题描述345

15.2.2 问题分析346

15.2.3 GUI操作步骤346

15.2.4 APDL命令流程序350

15.3 实例三——表面受变压力载荷的矩形截面梁的分析352

15.3.1 问题描述352

15.3.2 问题分析352

15.3.3 GUI操作步骤353

15.3.4 APDL命令流程序360

15.4 实例四——矩形梁的隐式热结构—显式连续分析360

15.4.1 问题描述360

15.4.2 问题分析361

15.4.3 GUI操作步骤361

15.4.4 APDL命令流程序373

15.5 实例五——由铜板连接的两个半导体热电耦合分析374

15.5.1 问题描述374

15.5.2 问题分析374

15.5.3 GUI操作步骤375

15.5.4 APDL命令流程序381

15.6 实例六——圆柱形坯料的电磁感应加热过程的分析381

15.6.1 问题描述381

15.6.2 问题分析383

15.6.3 GUI操作步骤383

15.6.4 APDL命令流程序409

参考文献410