Optistruct热传导的相关材料和边界条件

Optistruct提供了两种热相关材料一种为各向同性热相关材料MAT4，另一种为各向异性热相关材料MAT5。当材料参数是温度的函数时需要在MAT4材料的基础上扩展MATT4，定义温度相关的热传导相关系数各向同性材料MAT4卡片定义见表27-1，MATT4卡片定义见表27-2。

表27-1 MAT4 卡片定义

 

其中，K为热传导系数；CP为比热容；RHO为材料密度；H为换热系数。

 

表27-2 MATT4 卡片定义

 

其中，MATT4与MAT4具有相同的MID；K(T)、CP(T)、H(T)分别为TABLEMi、TABLEGID定义热传导系数、比热容、换热系数随温度变化的曲线。需要说明的是，最终的热传导系数、比热容、换热系数等于MAT4卡片上的值乘以 MATT4 卡片上的曲线值。各向异性材料MAT5卡片定义见表27-3。

 

表27-3 MAT5卡片定义

 

其中，Kii为不同方向上的热传导系数；CP为比热容；RHO为材料密度；H为换热系数。

 

OptiStruct结构热传导相关边界条件

前面提到了四种热相关边界条件，分别是温度边界条件、热流密度边界条件、自然对流边界条件和热辐射边界条件。下面分别介绍这四种边界条件及初始条件相关的卡片。

 

（1）温度边界条件及初始条件

温度边界条件通过 SPC卡片设置，见表27-4。但是与结构分析中的约束不同的是，其自由度字段C必须设置为0或空，D字段为施加的温度边界。

 

表27-4 SPC卡片定义

 

 

在瞬态热传导分析中，需要定义温度初始条件，可通过TEMP及TEMPD定义，通过 SUBCASE中的IC字段引用。其中，TEMP为指定的节点设置温度初始条件：TEMPD为模型中的所有节点设置温度初始条件。TEMP卡片定义见表27-5。TEMPD卡片定义见表27-6。

 

表27-5 TEMP 卡片定义

 

 

其中，GID/GSETID为节点/节点集ID；T为温度；GSET为节点集标志位，如果出现则表示采

用节点集。

 

表27-6 TEMPD 卡片定义

 

 

（2）热流密度边界条件

热流密度边界条件定义分两步完成：①定义热边界条件的表面单元，通过CHBDYE卡片设置：②给定这些表面单元的热流密度，通过 OBDY1 卡片设置。卡片定义见表27-7和表27-8。

 

表27-7 CHBDYE 卡片定义

 

 

其中，EID2为1D/2D/3D单元ID:SIDE为单元表面ID。在HyperMesh中可通过Analysis->in-terfaces面板创建类型为CONDUCTION的Group，选择相应的单元即可。

 

表27-8OBDY1 卡片定义

 

 

其中，00为热流密度；EIDi为CHBDYEID。在HyperMesh中可通过创建FLUX(按(CTRL+键，在HyperMesh右上角输入FLUX即可)边界条件创建该卡片。

 

（3）自然对流边界条件

自然对流边界条件通过CONV卡片实现，CONV边界有自己的属性卡片PCONV。CONV卡片定义见表27-9，PCONV卡片定义及说明见表27-10和表27-11。

 

表27-9 CONV卡片定义

 

 

其中，TA为环境温度参考节点；PCONID为PCONV卡片ID

 

表27-10 PCONV 卡片定义

 

 

表 27-11PCONV 卡片说明

 

 

热对流定义中的卡片引用关系如图27-1所示，其中，CTETRA单元也可以是其他的2D/3D单元。

 

 

图 27-1 热对流相关卡片引用关系图

 

（4）热辐射边界条件

热辐射边界条件通过RADM、RADBC和CHBDYE卡片实现，其中，RADM卡片定义辐射边界条件参数，如表面的发射率及吸收率:RADBC设定辐射模型，并通过引用CHBDYE卡片完成热辐射边界的定义；CHBDYE定义辐射边界，通过引用RADM卡片给定边界的辐射参数。卡片定义见表 27-12~表27-14。

 

表 27-12RADM 卡片定义

 

 

其中，ABSORP为辐射表面吸收率，EMIS1为辐射表面发射率

 

表27-13 RADBC卡片定义

 

 

其中，NODAMB为热辐射环境温度参考点；FAMB为热辐射放缩因子；EIDi为CHBDYE ID，指定热辐射相关边界：CNTRLND为热辐射模型控制参数。如果CNTRLND=0，则辐射热流密度为q=σ·FAMB(ε(T +T )-α(T+T ))如果CNTRLND>0，辐射热流密度为

 

如果CNTRLND>0，辐射热流密度为

 

式中，T为华氏温度及摄氏温度向开尔文温度的转换值，通过PARAM，TABS定义；Stefan-Boltz-mann 常数σ通过PARAM，SIGMA定义；ε.为物体表面热发射率；T.为物体表面温度；a。为物体表面热吸收率；T…为环境温度。

 

表 27-14CHBDYE 卡片定义

 

 

其中，RADMIDF为辐射面引用的RADM卡片

（5）体热源载荷

在物体内部可能发生电能、化学能、核能等形式的能量向热能的转化，称为“体热源”。OptiStruct体热源的定义为

O =volume·HGEN·OVOL(27-10)式中，

OVOL为单位体积产生的热量，在OVOL卡片上定义:HGEN为放缩因子，在MAT4卡片或MAT5 卡片上定义，默认值为1.0:volume 为体积。一般在 OVOL卡片上定义热源即可。OVOL卡片定义见表 27-15

表27-15 OVOL卡片定义

 

其中，QVOL为单位体积热生成率。

 

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。