OptiStruct热传导和热应力分析

OptiStruct热传导和热应力分析

OptiStruct是Altair公司的主要产品之一，包含分析求解和结构优化两大功能。结构优化方面，OptiStruct作为以有限元法为基础，面向产品设计、分析和优化工具，拥有全球最先进的优化技术，提供最全面的优化方法。

结构分析方面，OptiStruct可以求解线性、非线性静力、动力学问题，可以考虑材料非线性和接触造成的非线性。是一个先进、快速、精确和稳健的有限元求解器。通过最新的单元格式，稀疏矩阵技术，模态综合法，AMSES求解技术，FASTFR求解技术，OptiStruct可以加快模态分析、频响分析的速度，从而能够快速而精确地求解大规模的有限元模型。

OptiStruct可以求解热传导和热应力问题，并且能考虑材料非线性和接触造成的非线性。

线性稳态、瞬态传热和非线性稳态传热分析

l基于温度的传导系数(MATT4)

l自然对流

l各向同性与各向异性热材料

l支持1D, 2D和 3D单元

l支持热接触

l随时间变化的热源或热流

l随时间变化的环境温度

l支持复合材料热分析

热-固耦合应力分析

l同样的网格密度

l不同的网格密度

lOptiStruct热-固耦合分析

lAcuSolve和OptiStruct联合进行热固耦合分析

热接触

l接触热传导可以通过CGAP/CGAPG/CONTACT单元来实现

l导热系数可以基于接触间隙和接触力来进行设置

非线性传热和热接触

l考虑给予温度的传热系数和对流散热

l考虑接触热传导

一步法传热和热应力耦合分析

l通过线性瞬态热传导分析得到的结果可用作后续线性静力分析的热载荷

lOptiStruct自动完成温度场到应力的耦合计算

l支持与温度相关的材料

l用于结构优化中响应

AcuSolve-OptiStruct热耦合分析

OptiSruct无缝集成在HyperWorks软件中，能够很方便的与热分析软件Acusolve进行热结构的耦合分析及热传导分析。目前热耦合分析主要有两种耦合方式：弱耦合和强耦合。

传统耦合方法（弱耦合）。

Optistruct与Acusolve弱耦合是一种传统的耦合方式，其主要的实现方法，是先通过AcuSolve进行稳态流体计算，此时会得到流体和固体界面上的温度结果，然后将热分析的结果通过差值后，以一种温度场的方式施加到结构表面的节点上，在通过OptiStruct进行结构的热传导分析，得到结构内部温度分布。最后同时考虑结构和热对应力分布的影响，得到结构最终的应力分布。

第一步，AcuSolve进行流体热稳态分析

第二步，在HyperMesh中将温度映射到结构湿表面

第三步，在OptiStruct中进行热传导分析，得到温度分布

第四步，在OptiStruct中进行热应力热变形分析

传统耦合案例

案例1：抛物面天线风洞仿真

60米每秒风速环境中稳态压力作用下的抛物面天线变形

天线反射面流固耦合

TFSI耦合方法（强耦合）

Optistruct与Acusolve TFSI耦合是一种强耦合方式，其主要的实现方法，是在Acusolve和OptiStruct中设置相同时间步的瞬态热流体分析和热结构分析。在每一步分析中，在AcuSolve中得到的流体和热分析结果会同步的施加到结构上，由OptiStruct计算热应力，同时结构的热和变形结果，又会反馈到AcuSolve中，施加到流体表面，从而影响流体分析，最终达到同时收敛，能够得到比弱耦合高的计算精度。直接耦合计算出任意时刻的温度、应力、位移等结果。

l流体热通量在湿表面处施加到结构网格上

l温度返回并作为新的流体边界温度

l相同时间步 (在AcuSolve和OptiStruct线性热传导分析中)

lOptiStruct和AcuSolve同时计算，每个时间步都收敛

l瞬态分析

OptiStruct一步法瞬态热传导和热应力热变形分析耦合

TFSI耦合案例

案例1：排气歧管流热耦合分析

案例2：发动机气缸流热耦合

案例3：排气管热耦合

案例4：刹车盘热耦合

小结

HyperWorks具有丰富的耦合求解能力，在AcuSolve-OptiStruct热耦合分析方面，可以采用传递耦合方法进行分析，也可以采用更先进的自动强耦合方法进行分析。