Ansys热分析教程：瞬态分析与控制方程解析

"控制方程-Ansys热分析教程_第五章" 在Ansys热分析教程的第五章中，主要探讨了瞬态分析的概念及其在热分析中的应用。瞬态分析是用来研究系统随时间变化的响应，特别是在受随时间变化的载荷和边界条件下。与稳态分析不同，瞬态分析考虑了热能存储效应，即物体内部能量随温度变化的存储过程。 关键知识点包括： 1. 瞬态分析定义：当载荷和边界条件随时间变化，需要了解系统的动态响应时，就要进行瞬态分析。这涵盖了系统从稳态到非稳态的转变，尤其是在存在相变现象时，如冰融化成水的过程。 2. 热能存储：在稳态分析中，时间仅用于计数，而在瞬态分析中，时间具有物理意义，涉及到能量的存储。热存储项由比热矩阵乘以时间对温度的微分来表示。 3. 材料特性：在瞬态分析中，材料的属性如导热系数、密度和比热至关重要，它们决定了能量如何在物体中传递和存储。对于涉及相变的分析，可能还需要输入热焓。 4. 单元类型：例如，MASS71热质量单元只存储热能而不传导热能，因此不需要指定热传导系数。 5. 线性与非线性分析：瞬态分析可以是线性的或非线性的，非线性分析的前处理与稳态非线性分析类似。 6. 控制方程：线性系统热分析的控制方程矩阵形式在计入热存储项后转变为瞬态系统，公式体现为温度对时间的导数与比热矩阵、热传导矩阵以及载荷的相互作用。 7. 时间积分：在离散的时间点上求解瞬态方程，需要用到时间积分方法。时间积分步（ITS）的选取直接影响计算的精度和收敛性。较小的ITS可提高精度，但可能导致计算量过大；较大的ITS可能导致结果不准确，无法捕捉温度梯度的变化。 8. 时间步选择：初始时间步长应适当，过大可能无法捕获温度变化细节，过小可能导致不必要的计算复杂性和不真实的振荡。通常，会从一个保守的初始值开始，并根据计算过程中的收敛性和精度自动调整时间步长。 9. 求解过程：瞬态分析的加载和求解过程与稳态分析不同，其重点在于如何通过时间积分来跟踪系统的动态响应。 通过理解和掌握这些概念，用户能够在Ansys环境中有效地执行瞬态热分析，模拟和预测各种热系统随时间的行为。