Ansys热分析教程：第五章-时间积分与瞬态分析详解

第五章是Ansys热分析教程中的核心部分，主要探讨了数值过程中的瞬态分析。瞬态分析在工程中至关重要，因为它模拟的是随时间变化的负载和边界条件导致的系统动态响应，如热能存储效应、相变问题以及时变载荷和响应。在这一章中，关键概念包括： 1. 时间积分与欧拉方法：时间积分使用梯形准则，以当前温度向量{Tn}（可能为初始温度或前一时间步的解）为基础，通过欧拉参数q（默认值为1）预测下一个时间点的温度。温度更新公式为Tn+1 = Tn + q * Δt * (Q - K * (Tn+1 - Tn) / ρ)，其中Q代表热流，K是热传导系数，ρ是密度，C是比热容。 2. 材料特性和矩阵构建：除了基本的热属性（k, ρ, c），还可能需要输入热焓H（对相变分析来说），这些属性用于计算单元的热存储性质，并将其添加到比热矩阵[C]中。在存在热质量交换的情况下，这些特性也会影响热传导矩阵[K]的修正。 3. 瞬态分析前处理：特定于瞬态分析的单元类型，如MASS71热质量单元，存储热量但不进行热传导，这在前处理时需要注意。无论是线性还是非线性分析，都遵循与稳态分析类似的要求，但加载和求解过程有所不同。 4. 控制方程的扩展：在瞬态分析中，热存储项引入了时间对温度的微分，使得静态系统变为动态系统。对于线性系统，温度连续变化；非线性系统则涉及时间和温度的迭代求解。 5. 时间积分步骤：为了离散化时间，使用时间积分过程来解决在离散时间点上的系统方程。合理的ITS（时间积分步长）非常重要，过大可能导致振荡和不准确的结果，过小则计算成本增加。推荐的策略是先设定一个保守的初始步长，然后通过自动时间步调整来优化精度。 6. 时间步选择与稳定性：选择合适的步长既保证精度又确保收敛性，避免因步长过大而忽视温度梯度，或者因步长过小而引入不必要的振荡。这需要根据具体问题调整，可能需要试验不同的步长设置。 Ansys热分析教程的第五章深入介绍了瞬态分析的基本原理和实施技巧，为理解和解决实际工程问题提供了关键工具和理论支持。