ANSYS热-结构耦合接触分析

ANSYS的热-结构耦合方式有直接耦合与间接耦合，间接耦合也即是先求解得到结构的温度场，再将温度场当做结构分析的初始载荷进行结构分析，间接耦合过程中需要先定义热单元，热分析结束后将热单元转换成结构单元。直接耦合则采用热-结构耦合单元，热分析与结构分析同时进行，实现直接耦合，对于存在接触的问题中比较适用。

本次示例中的两个结构A和B，初始温度为100度，如图1所示，A的左边界开始施加温度载荷500度，之后B的右边界施加850的温度载荷并快速下降到100度。

 

图1

分析时采用耦合单元plane13，接触单元采用175，对于的目标单元169。

/PREP7

! 热结构耦合单元，平面应变问题

ET,1,PLANE13,4,,2       

! 接触单元

ET,2,CONTA175,1        

! 目标单元

ET,3,TARGE169         

! 弹性模量 

MP,EX,1,10E6      

! 热导率     

MP,KXX,1,250           

! 热膨胀系数

MP,ALPX,1,12E-6         

! 泊松比

MP,PRXY,,0.3                

 

!定义接触单元的实常数

R,2,,,-1000,-0.005

RMORE,,,,,,-100

RMORE,,100

RMORE

RMORE,0.01

定义的接触单元实常数如图2所示。

 

图2

后续的建模与分析APDL命令如下：

 

!定义接触单元的实常数

R,2,,,-1000,-0.005

RMORE,,,,,,-100

RMORE,,100

RMORE

RMORE,0.01

 

! 创建模型

N,1

N,2,0.4

N,3,(0.4+0.0035)

N,4,(0.9+0.0035)

NGEN,2,4,1,4,1,,0.1

E,1,2,6,5               

E,3,4,8,7

 

! 创建接触单元

TYPE,2                  

REAL,2

E,2

E,6

TYPE,3                  

REAL,2

NSEL,S,NODE,,3,7,4

ESLN

ESURF

ALLSEL

 

! 施加约束

D,ALL,AZ

D,1,UY,,,4,1

D,1,UX,,,5,4

D,4,UX,,,8,4

 

! 初始温度100

TREF,100

FINISH

/SOLU

NLGEOM,ON

! 节点1与5施加500度温度               

D,1,TEMP,500,,5,4

! 节点3与4施加100度温度

D,3,TEMP,100,,4

! 节点7与8施加100度温度

D,7,TEMP,100,,8

/OUT,SCRATCH

SOLVE                  

OUTRES,ALL,ALL         

DDELE,3,TEMP,7,4

D,4,TEMP,850,,8,4

NSUBST,3

SOLVE                   

D,4,TEMP,100,,8,4

SOLVE                   

FINISH

 

不同时刻的温度场如下：

 

图3

 

图4

 

图5

X方向的应力场如下：

 

图6

 

图7