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)稱載荷的軸對(duì)稱單元是 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)稱情況見(jiàn) 軸對(duì)稱單元。
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
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
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
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)稱分析,Y 軸必須是對(duì)稱軸。
·軸對(duì)稱結(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。 |