Optistruct的线性和非线性热传导分析

线性稳态热传导分析

对于线性稳态热传导分析在线性稳态热传导分析中，热传导相关系数与温度无关，为常数。有限元经过单元离散、刚度组装后，其方程可简单表示为

（K_c+H）T=f

式中，K为热传导矩阵；日为边界对流矩阵；T为待求的节点温度；f为热载荷当热传导系数、热交换系数不随温度变化时，只需求解该线性方程组即可在OptiStruct中进行线性稳态分析时，有以下几点。

1）分析类型为ANALYSIS=HEAT。

2）温度边界条件通过SPC/SPC1设置，需要注意的是自由度字段应该保持为空。
3）任何需要引用材料的单元都可以用来进行热传导分析，如CROD、CONROD、CBARCBEAM、COUAD4、CTRIA3、COUAD8、CTRIA6、CHEXA、CHEXA20、CPENTA、CPENTA15CPYRA、CPYRA13、CTETRA、CTET10等。对于CELAS1~CELAS4，K值即为热传导系数。

4）体热源通过 OVOL卡片施加。

5）热流密度通过OBDY1及CHBDYE卡片施加。1D单元可沿长度方向或在两端设置热流密度边界；2D单元可在其表面及边界上设置热流密度；3D单元可在表面设置热流密度。

6）自然对流通过CONV及CHBDYE卡施加。线性稳态热传导分析示例如下：

SUBCASE 1

ANALYSIS HEAT

$$温度边界条件

SPC=1

$$ 热加载,可使用 SPCD、QBDY1、QVOL

LOAD =2

热传导分析的结果为节点温度，该结果为默认输出项，不需要做任何设置。还可以通过设置FLUX卡片输出热流密度，通过设置SPCFORCE输出温度边界上的热量交换。

非线性稳态热传导分析

当传热分析中存在辐射边界条件或热传导系数、比热容等参数随温度变化时，传热分析就变成了非线性问题，其求解方程为

（K_c+H）T+R（T+T_abs）⁴=f

式中，K_c为热传导矩阵，可随温度变化；日为自然对流矩阵，可随温度变化；R为辐射矩阵；T为待求的节点温度；T。为绝对温度；f为热边界条件。非线性热传导分析在OptiStruct中的设置大部分同线性分析一致，几个不同的地方罗列如下。

1）分析类型为ANALYSIS=NLHEAT。

2）通过 MATT4定义随温度变化的热传导系数、比热容等。

3）添加NLPARM卡片，设置非线性方程求解的控制参数非线性稳态热传导分析示例如下：

SUBCASE 1

ANALYSIS = NLHEAT

SPC =10

LOAD =20

NLPARM =30

...

BEGIN BULK

...

NLPARM, 30

...

ENDDATA

热传导分析结果同线性分析，可得到节点温度、热流密度、边界节点的热量交换。

本篇内容取自HyperWorks进阶教程系列的《OptiStruct结构分析与工程应用》，版权归原作者所有，如有侵犯您的权益，请及时联系我们，我们将立即删除。