ANSYS温度场例题分析

短圆柱体的热传导过程

问题：一短圆柱体，直径和高度均为1m，现在其上端面施加大小为100℃的均匀温度载荷，圆柱体下端面及侧面的温度均为0℃，试求圆柱体内部的温度场分布（假设圆柱体不与外界发生热交换）。圆柱体材料的热传导系数为30W/(m·℃)。

求解：

第一步：建立工作文件名和工作标题

在ANSYS软件中建立相应的文件夹，并选择Thermal复选框。

第二部：定义单元类型

在单元类型（element type）中选择thermal solid和quad 4node 55，在单元类型选择数字（element type reference number）输入框中输入1，在单元类型选择框里选择Axisymmetric，其余默认即可。

第三步：定义材料性能参数

在材料性能参数对话框中输入圆柱体的导热系数30.

第四步：创建几何模型、划分网格

创建数据点，输入点坐标。在第一个输入框中输入关键点编号1，并输入第一个关键点坐标0、0、0，重复输入第二个、第三个、第四个关键点，相应的坐标分别为2（0.5,0,0）；3（0.5,1,0）；4（0,1,0）。结果如下图1所示：

在模型中创建直线，选择编号为1、2的关键点生成一条直线，在选取2、3生成一条直线，同样选择编号为3、4和编号为4、1的关键点生成另外两条直线。结果如下图2所示：

之后在plot numbering controls对话框，分别打开KP Keypoint numbers、LINE line numbers、AREA Area numbers，建立直线L1、L2、L3、L4线段。生成几何模型，如下图所示：

在L1、L3线段上划分20个单元，并将L2、L4划分成40个单元格，并在模型上选取编号为A1的平面，如下图所示：

将结果进行保存。

第五步：加载求解

选择分析类型Steady-State，在Select Entities对话框，第一个下拉列表框中选择Lines，在第二个下拉列表中选择By Num，第三个单选框中选择From Full。选择线段L1、L2。

重复上述操作，在Select Entities对话框，第一个下拉列表框中选择Nodes，在第二个下拉列表中选择Attached to，第三个单选框中选择Lines，all。并在Lab2 DOFs to be constrained 列表中选择TEMP，在VALUE Load TEMP value输入框中输入0。在Select Entities对话框，第一个下拉列表框中选择Lines，在第二个下拉列表中选择By Num，第三个单选框中选择From Full选择L3线段，

重复上述操作，在Select Entities对话框，第一个下拉列表框中选择Nodes，在第二个下拉列表中选择Attached to，第三个单选框中选择Lines，all。

并在Lab2 DOFs to be constrained 列表中选择TEMP，在VALUE Load TEMP value输入框中输入100。加载结果如下图所示：

单击Solve Current Load Step对话框中点击OK，ANSYS开始求解。并将结果进行保存。

第六步：输出温度场分布图

在Item，Comp Item to be contoured列表中选择DOF solution Temperature TEMP，在KUNND Items to be plotted单选框中选择Def shape only，单击OK将显示温度场分布等值图，结果如下图所示：