优化非线性热分析的初始温度策略与前处理因素

在Ansys热分析教程的第四章中，主要探讨了非线性热分析的起始温度设置及其对分析结果的影响以及相关的前处理考虑因素。首先，值得注意的是，除非在执行瞬态分析时，非线性热分析的初始温度并不会显著影响最终结果的精度。然而，选择一个合理的初始温度（特别是对于活动的自由度）对于提升计算效率和保证收敛性至关重要。默认情况下，ANSYS设定初始温度为0度，但若初始值接近实际工况，可以减少迭代次数。 章节内容详细介绍了单自由度系统中，适当的初始温度设置可能导致3次或2次迭代就能达到足够精确的结果。对于非线性分析的前处理，有几点关键考虑： 1. 辐射效应：辐射是非线性问题，因为它对热传导矩阵(K)的贡献与温度的三次方成正比。这种现象通过专门的单元类型如在第8章中讨论的辐射单元来处理。 2. 控制单元：如COMBIN37和COMBIN40等，用于模拟温度控制设备，如恒温箱，需要用户精细调整其常数，因为它们涉及到复杂的温度依赖关系。 3. 非线性单元：例如MASS71单元，具有随温度变化的热生成率，可以通过多项式定义材料属性。 4. 随温度变化的输入：在热模型中，温度依赖的边界条件（如对流换热系数）和材料特性（如热导率、比热容）也可能导致非线性。用户需在第三章中学习如何处理这些情况。 5. 多场单元：如SOLID5、PLANE13等非线性单元，需要满足多个场的平衡方程，将在第10章深入讲解。 6. 热-流体耦合单元（FLUID66和FLUID116）：用于轴向传导和热质交换，流速与压力降的关系是非线性的，会在第7章讨论。 本章的重点转向了非线性分析的加载和求解过程中的特定需求，例如，可能需要分步施加载荷以确保收敛性，控制收敛准则和迭代次数，利用增强收敛工具，处理未收敛情况，以及有效地管理分析过程中产生的大量数据。这些概念将在后续章节中提供更深入的介绍。理解并掌握这些非线性热分析的前处理和求解策略对于确保准确、高效的模拟结果至关重要。