Optistruct结构热传导分析实例：排气歧管的线性瞬态热传导分析

本案例通过发动机排气歧管在发动机启动时的热传导分析来展示 OptiStruct 的瞬态热传导分析流程。模型如图 27-9所示，包含代表发动机外表面的壳及实体排气歧管。排气歧管同发动机表面通过 TE 接触连接，两者之间设置了合适的热传导系数。排气歧管的内表面同尾气的热交换用自然对流来模拟，尾气温度随时间变化。发动机外表面的温度随时间变化。下面通过瞬态热传导分析仿真排气歧管在 60s内的温度变化。基础模型仅包含网格，此处需要设置相应的材料、属性、热边界条件及热工况等，热相关材料参数见表27-17。

 

 

图27-9排气歧管有限元模型

 

表 27-17材料参数

 

 

模型设置

Step 01 导人模型 Exhaust_Manifold base.fem 文件，并创建材料及单元属性。创建材料时，其参数见表 27-17。直接在 HyperMesh 的模型浏览器中创建 MAT4 材料，如图 27-10 所示。

 

根据单元分组信息及单元类型创建对应的材料属性。Manifold组件对应的属性为PSOLIDCoLlector，Motor 组件对应的属性为 PSHELL, Motor，如图 27-11 所示。

 

 

图27-10材料属性创建

 

 

图 27-11单元属性创建

 

Step02 在发动机表面和排气歧管之间创建接触面。

在模型浏览器中右击并创建 Set segment，命名为 SURF_1，Card Image 设置为 SURF在 SURF_1对象的属性窗口中，单击 elements 选择器，打开单元选择面板，设置对象添加类型为 add shell faces，快捷识别类型为face，识别特征角度为30°，然后直接选择发动机表面单元，单击 add 按钮，完成该接触面的创建。用同样的方法创建 SURF 2，单击 elements选择器，打开单元选择面板，设置对象添加类型为add solid faces，快捷识别类型为face，识别特征角度为30°，然后直接选择排气歧管与发动机表面接触的实体单元表面，单击 add 按钮，完成该接触面的创建，如图 27-12 所示。

 

 

图 27-12热传导接触面创建

 

Step 03创建发动机表面和排气歧管的接触属性及接触对。在型浏览器中右击并创建 Proper-命名为 PCONTHT_Contact,对应的参数设置如图 27-13 所示。接着在模型浏览器中右击并创建Group，命名为 Contact，对应的参数设置如图 27-14 所示。

 

Step 04 创建一个新的自由节点以及新的 SPCD 载荷，设置其对流参考温度为 1℃。创建新的临时节点，坐标对应(0，0，0)，其编号为352611。然后在模型浏览器中右击并创建 Load Collec命名为 SPCD_HotAir_1deg。最后创建 SPCD 及对应参数，如图 27-15 所示。tor .

 

Step 05 在排气歧管与尾气接触面创建热对流边界。在模型浏览器中右击并创建 Group，命名为 Convection，对应设置如图 27-16 所示。其中，Slave Entity IDs 的创建需要激活 elements 选择器然后选择实体单元内表面，单击 add 完成创建，如图 27-17 所示。

 

 

图 27-13接触属性创建

 

 

接触对创建冬27-14

 

 

图 27-15 SPCD 参考温度点创建

 

 

图27-16热对流边界创建

     

图27-17热对流表面选择

 

Step 06创建一个新的 TEMPD 的 Load Collector，设置初始温度。在模型浏览器中右击并创建 Load Collector，命名为 TEMP INIT。对应的参数设置如图 27-18 所示。Step 07创建发动机和尾气温度边界条件。在模型浏览器中右击并创建 Load Collector，命名为 Motor_BCs。在 Analysis-> con-straints 面板上，选择 Motor 组件以及 SPCD_HotAir_ldeg 里参考的节点，设置type 为SPC，不激活任何 DOF，单击 create/edit 按钮进行创建，并设置 D 值为 0.0。

 

Step 08 创建新的 Load Collector，命名为 Motor_Excite，并且选择 Motor 组件节点创建 1℃的SPCD 温度载荷。

 

Step 09创建发动机外壳温度曲线。在模型浏览器中右击并创建 Curves，命名为 TABLE_Mo-对应的参数设置如图 27-19 所示。toro

 

 

图 27-19发动机外壳温度曲线创建

 

Step 10 创建尾气温度曲线。在模型浏览器中右击并创建Curves，命名为 TABLE_HotAir。对应的参数设置如图 27-20 所示。

 

 

图 27-20尾气温度曲线创建

 

Step 11 创建新的 TLOAD1 载荷，以组合发动机及尾气的单位温度载荷和温度曲线。在模型浏览器中右击并创建 Load Collector，命名为TLOAD Motor。用同样的方法创建TLOAD HotAir。对应的参数设置如图 27-21 所示。

 

Step 12 创建动态组合载荷 DLOAD。在模型浏览器中右击并创建 Load Collector，命名为DLOAD。对应的参数设置如图 27-22 所示。

 

Step 13创建加载时间步 TSTEP。在模型浏览器中右击并创建 Load Collector，命名为 TSTEP。对应的参数设置如图 27-23 所示。

 

 

图 27-21 TLOAD1 创建

 

 

图 27-22 DLOAD 创建

 

Step 14 创建瞬态热传导分析工况。在模型浏览器中右击并创建 Load Step，命名为 ThermTrans。对应的参数设置如图 27-24 所示。

 

 

图 27-23 TSTEP 创建

 

 

图 27-24 Load Step 创建

 

Step 15在 Analysis->0iStruct 面板保存模型并提交计算。

 

创结果查看

计算完成后，在 HyperView 中打开.h3d结果文件。将仿真时间设置为最后时刻 60s，查看最后时刻的温度分布，同时绘制60s仿真过程中最大温度随时间变化的曲线，如图27-25所示。60s后排气歧管上的最大温度为 172℃。

 

 

图 27-25温度分布云图

 

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。