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PLANE77 單元說(shuō)明PLANE77 是 2 維 4 節(jié)點(diǎn)熱單元 (PLANE55) 的高階版本。每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)自由度 – 溫度。8 節(jié)點(diǎn)單元具有一致的溫度形函數(shù)，可以較好地適應(yīng)具有曲線邊界的模型。這一 8 節(jié)點(diǎn)熱單元適用于
PLANE77 單元說(shuō)明

PLANE77 是 2 維 4 節(jié)點(diǎn)熱單元 (PLANE55) 的高階版本。每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)自由度 – 溫度。8 節(jié)點(diǎn)單元具有一致的溫度形函數(shù)，可以較好地適應(yīng)具有曲線邊界的模型。

這一 8 節(jié)點(diǎn)熱單元適用于 2 維，穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)熱分析。關(guān)于本單元的更多細(xì)節(jié)見(jiàn) ANSYS 公司理論手冊(cè) 中的PLANE77。如果包含熱單元的模型還要用于結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)該用等價(jià)的結(jié)構(gòu)單元CAE，有限元分析 (如 PLANE82) 替換本單元。能夠承受非軸對(duì)稱(chēng)載荷的軸對(duì)稱(chēng)單元是 PLANE75。

圖 77.1 PLANE77 單元幾何

PLANE77 輸入數(shù)據(jù)

在圖 77.1: "PLANE77 單元幾何" 中給出了本單元的幾何形狀，節(jié)點(diǎn)位置和坐標(biāo)系。單元由 8 個(gè)節(jié)點(diǎn)以及正交異性材料特性所定義。將節(jié)點(diǎn) K, L 和 O 定義為同一節(jié)點(diǎn)，可以得到三角形單元。正交異性材料的方向與單元坐標(biāo)系相同。單元坐標(biāo)系的方向在 坐標(biāo)系 中說(shuō)明。對(duì)于穩(wěn)態(tài)分析，忽略比熱和密度。未輸入的材料特性其默認(rèn)值在 線性材料特性 中說(shuō)明。

單元載荷在 "節(jié)點(diǎn)和單元載荷" 中說(shuō)明。對(duì)流換熱或熱流密度 (二者不能同時(shí)) 以及熱輻射可以作為單元邊界上的面載荷輸入，如圖 77.1: "PLANE77 單元幾何" 中帶圓圈數(shù)字所示。 生熱率可以作為單元節(jié)點(diǎn)上的體載荷輸入。如果輸入了節(jié)點(diǎn) I 處的生熱率HG(I),但未給出其它節(jié)點(diǎn)處的生熱率，則默認(rèn)等于 HG(I)。如果輸入了所有角節(jié)點(diǎn)處的生熱率，各中間節(jié)點(diǎn)的生熱率默認(rèn)為相鄰角節(jié)點(diǎn)生熱率的平均值。

在 "PLANE77 輸入?yún)R總"中給出了本單元輸入數(shù)據(jù)的匯總。關(guān)于本單元輸入數(shù)據(jù)的一般說(shuō)明，見(jiàn) "單元輸入"。對(duì)于軸對(duì)稱(chēng)情況見(jiàn) 軸對(duì)稱(chēng)單元。

PLANE77 輸入?yún)R總

節(jié)點(diǎn)

I, J, K, L, M, N, O, P

自由度

TEMP

實(shí)常數(shù)

無(wú)

材料性能

KXX, KYY, DENS, C, ENTH

面載荷

對(duì)流換熱或熱流密度 (二者不同時(shí)) 和熱輻射 -

邊 1 (J-I), 邊2 (K-J), 邊3 (L-K), 邊4 (I-L)

體載荷

生熱率 –

HG(I), HG(J), HG(K), HG(L), HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)

求解能力

生死單元

關(guān)鍵選項(xiàng)

KEYOPT(1) – 如何計(jì)算膜 (對(duì)流換熱) 系數(shù)

0 – 一致膜系數(shù)矩陣；

1 –對(duì)角線膜系數(shù)矩陣；

KEYOPT(3) - 單元行為:

0 – 平面

1 – 軸對(duì)稱(chēng)

PLANE77 輸出數(shù)據(jù)

與單元有關(guān)的結(jié)果輸出有兩種形式：

? 包括在整個(gè)節(jié)點(diǎn)解中的節(jié)點(diǎn)位移。

? 附加的單元輸出，見(jiàn)表 77.1 "PLANE77 單元輸出定義"。

單元輸出的方向平行于單元坐標(biāo)系。對(duì)于軸對(duì)稱(chēng)分析，側(cè)面面積和熱流密度都是對(duì)整個(gè) 360°圓周的。對(duì)流熱流以流出單元為正。施加的熱流以流入單元為正。在 "結(jié)果輸出" 中給出了對(duì)于結(jié)果輸出的一般說(shuō)明。查看的方法見(jiàn) "ANSYS 基本分析指南"。
單元輸出定義表使用如下標(biāo)記:

在名稱(chēng)列中的冒號(hào) (：) 表示該項(xiàng)可以用分量名方法 [ETABLE, ESOL] 處理；O 列表示該項(xiàng)可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示該項(xiàng)可用于結(jié)果文件。

無(wú)論 O列或 R 列，Y 表示該項(xiàng)總是可用的，一個(gè)數(shù)字表示表的一個(gè)注解,其中說(shuō)明了使用該項(xiàng)的條件；而減號(hào) "-" 表示該項(xiàng)不可用。

表 77.1 PLANE77 單元輸出定義

名稱(chēng)

定 義

O

R

EL

單元號(hào)

Y

Y

NODES

節(jié)點(diǎn)- I, J, K, L, M, N, O, P

Y

Y

MAT

材料號(hào)

Y

Y

VOLU

體積

Y

Y

XC,YC

結(jié)果輸出點(diǎn)位置

Y

2

HGEN

生熱率HG(I), HG(J), HG(K), HG(L) , HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)

Y

-

TG:X, Y, SUM

單元中心處的溫度梯度分量和矢量和

Y

Y

TF:X, Y, SUM

單元中心處的熱流密度 (熱流率/截面積) 分量和矢量和

Y

Y

FACE

側(cè)面標(biāo)記

1

1

NODES

側(cè)面節(jié)點(diǎn)

1

1

AREA

側(cè)面面積

1

1

HFILM

側(cè)面各節(jié)點(diǎn)的膜系數(shù) (對(duì)流換熱系數(shù))

1

-

TAVG

側(cè)面平均溫度

1

1

TBULK

側(cè)面各節(jié)點(diǎn)的流體體積溫度

1

-

HEAT RATE

對(duì)流造成的側(cè)面熱流率

1

1

HEAT RATE/AREA

對(duì)流造成的側(cè)面每單位面積的熱流率

1

-

HFAVG

側(cè)面的平均膜系數(shù) (對(duì)流換熱系數(shù))

-

1

TBAVG

側(cè)面平均介質(zhì)溫度

-

1

HFLXAVG

由輸入熱流造成的側(cè)面每單位面積的熱流率

-

1

HFLUX

側(cè)面各節(jié)點(diǎn)的熱流

1

-

注解：

1 只在輸入過(guò)面載荷時(shí)輸出；

2 只能用于單元中心并作為 *GET 命令的一項(xiàng)。

表 77.2 "PLANE77 輸出項(xiàng)和序列號(hào)" 列出了可以通過(guò) ETABLE 命令,采用序列號(hào)方法輸出的內(nèi)容列表。更多信息見(jiàn) "ANSYS 基本分析指南" 中 一般后處理 (POST1) 部分和本手冊(cè)中關(guān)于 "輸出項(xiàng)和序列號(hào)表" 部分。在表 77.2 "PLANE77 輸出項(xiàng)和序列號(hào)" 中使用如下標(biāo)識(shí)符：

Name

與表 77.1: "PLANE77 單元輸出定義" 中相同定義的輸出量；

Item

用于 ETABLE 命令的預(yù)先定義的輸出項(xiàng)；

FCn

單元第 n 條邊的輸出項(xiàng)的序列號(hào)。

表 77.2 PLANE77 輸出項(xiàng)和序列號(hào)

輸出量名稱(chēng)

ETABLE 和 ESOL 命令輸入

Item

FC1

FC2

FC3

FC4

AREA

NMISC

1

7

13

19

HFAVG

NMISC

2

8

14

20

TAVG

NMISC

3

9

15

21

TBAVG

NMISC

4

10

16

22

HEAT RATE

NMISC

5

11

17

23

HFLXAVG

NMISC

6

12

18

24

PLANE77 假設(shè)和限制

·單元面積必須是正的；

·如圖 77.1 "PLANE77 單元幾何" 所示，本單元必須位于總體坐標(biāo)的X-Y 平面中。對(duì)于軸對(duì)稱(chēng)分析，Y 軸必須是對(duì)稱(chēng)軸。

·軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)必須在 +X 部分建模；

·刪除某邊的中間節(jié)點(diǎn)，意味著沿該邊的溫度呈線性變化，而不再是拋物線變化的。關(guān)于中間節(jié)點(diǎn)的使用，見(jiàn) ANSYS 建模和分網(wǎng)指南 中的 二次單元 (中間節(jié)點(diǎn))；

·在各積分點(diǎn)處計(jì)算比熱和焓，從而允許對(duì)劇烈的變化 (如熔化) 采用較粗的網(wǎng)格；

·如果將這一熱單元替換為有表面應(yīng)力的結(jié)構(gòu)單元 (PLANE82)，本熱單元的方向應(yīng)該使 IJ 邊和/或者 KL 邊為自由表面；單元的自由表面(既不與其它單元相鄰，又沒(méi)有邊界約束) 假設(shè)為絕熱的；

·具有較小的積分時(shí)間步長(zhǎng)和嚴(yán)重的表面熱梯度的瞬態(tài)熱問(wèn)題要求該表面劃分精細(xì)的網(wǎng)格。