详解11.4.3的分析过程

时间：2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：2）选择|命令，设置分析单位，如图11-66所示。图11-67 创建分析项目A4）在中下的选项上按住鼠标左键，拖动到分析项目A中的A2上，当A2呈红色高亮显示时，释放鼠标创建分析项目B，如图11-68所示。2）在弹出的对话框中选择文件路径，导入随书光盘中的“\Chapter11\11.4\uncompleted\gear.x_t”几何体文件。单击按钮，生成几何体，即可在窗口右侧显示出几何图形，如图11-72所示。

详解11.4.3的分析过程

1.启动Workbench并建立分析项目

1）双击桌面上的【Workbench14.5】图标，启动ANSYS 14.5 Workbench，进入用户操作界面。

2）选择【Units】|【Metric（kg，mm.s，℃，mA，N，mV）】命令，设置分析单位，如图11-66所示。

3）双击【Toolbox（工具箱）】中【Component Systems】下的【Geometry】选项，即可在【Project Schematic（项目管理区）】创建分析项目A，如图11-67所示。

图11-66 设置分析单位

图11-67 创建分析项目A

4）在【Toolbox（工具箱）】中【Analysis Systems】下的【Steady-State Thermal】选项上按住鼠标左键，拖动到【Project Schematic（项目管理区）】分析项目A中的A2上，当A2呈红色高亮显示时，释放鼠标创建分析项目B，如图11-68所示。

图11-68 创建分析项目B

5）在【Toolbox（工具箱）】中【Analysis Systems】下的【Transient Thermal】选项上按住鼠标左键，拖动到【Project Schematic（项目管理区）】分析项目B中的B6栏的【Solution】项上，当B6呈红色高亮显示时，释放鼠标创建分析项目C，如图11-69所示。

图11-69 创建分析项目C

2.导入几何体模型

1）在A2栏的【Geometry】项上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Import Geometry】|【Browse】命令，如图11-70所示，弹出【打开】对话框。

2）在弹出的【打开】对话框中选择文件路径，导入随书光盘中的“\Chapter11\11.4\uncompleted\gear.x_t”几何体文件。此时，A2栏的【Geometry】项后面的变为，表明实体模型已经添加。

3）双击项目A中的A2栏的【Geometry】项，此时会进入到DesignModeler界面，并弹出【ANSYS Workbench】对话框，选择【Millimeter】单选按钮设置mm单位，如图11-71所示。

图11-70 选择【Import Geometry】|【Browse】命令

图11-71 【ANSYS Workbench】对话框

4）进入DM后，设计树中【Import1】节点前面显示，表示需要生成，图形窗口没有图形显示。单击按钮，生成几何体，即可在窗口右侧显示出几何图形，如图11-72所示。

5）选择【Tools】|【Enclosurel】命令，选择所有实体作为包围实体，单击详细列表窗口中的【Apply】按钮，然后单击【Generate】按钮，生成包围实体，如图11-73所示。

6）单击按钮，弹出【另存为】对话框，选择合适的文件路径和名称后（gear.wbpj），单击【保存】按钮保存项目。

7）回到DesignModeler界面，单击右上角的按钮，退出DesignModeler界面，返回到ANSYS Workbench主界面。

图11-72 生成几何图形后的DesignModeler界面

图11-73 创建包围

3.添加材料库

1）双击项目B中的B2栏的【Engineering Data】项，进入图11-74所示的材料参数设置界面。

2）在【Outline of Schematic B2】窗口中单击【Click here to add a new material】选项，在空白处输入材料名称water，如图11-75所示。

图11-74 双击【Engineering Data】选项

图11-75 输入材料名称

3）在【Outline of Schematic B2】窗口中选中新建的材料water，出现【Properties of Outline Row 4：water】窗口，在【Toolbox（工具箱）】中【Physical Properties】下的【Density】选项上按住鼠标左键，拖动到A1栏的【Property】选项上，释放鼠标创建密度属性并输入属性值，如图11-76所示。

图11-76 创建密度属性

4）同理，在【Toolbox（工具箱）】中【Thermal】下的【Isotropic Thermal Conductivity】选项上按住鼠标左键，拖动到A1栏的【Property】选项上，释放鼠标创建热导率属性并输入属性值0.61，如图11-77所示。

5）同理，在【Toolbox（工具箱）】中【Thermal】下的【Specific Heat】选项上按住鼠标左键，拖动到A1栏的【Property】选项上，释放鼠标创建比热属性并输入属性值4185，如图11-78所示。

图11-77 添加热导率属性

图11-78 添加比热属性

6）单击【Return to Project】按钮，返回到项目管理区。

4.添加模型材料属性

1）双击【Project Schematic（项目管理区）】中项目B的B4栏的【Model】项，进入Mechanical界面。在该界面下可进行网格划分、分析设置、结果观察等，如图11-79所示。

2）选择【Units】|【Metric（mm，kg，N，s，mV，mA）】命令，设置分析单位，如图11-80所示。

图11-79 Mechanical用户界面

图11-80 设置分析单位

3）在窗口左侧【Outline（分析树）】中选择【Geometry】节点下的第一个Solid，此时在详细设置窗口中单击【Material】节点下的【Assignment】选项，然后单击按钮，选择Structural Steel，将材料设置为结构钢，如图11-81所示。

图11-81 设置齿轮材料

4）在窗口左侧【Outline（分析树）】中单击【Geometry】节点下的第二个Solid，此时在详细设置窗口中单击【Material】节点下的【Assignment】选项，然后单击按钮，选择water，将材料设置为水，如图11-82所示。(www.xing528.com)

图11-82 设置水材料

5.划分网格

1）在【Outline（分析树）】中选择【Mesh】节点，单击【Mesh】工具栏上的【Mesh Control（网格控制）】|【Sizing（尺寸）】命令，为网格划分添加尺寸控制。

2）单击窗口上方图形选择工具栏上的【Body（选择体）】按钮，在【Details of“Body Sizing”Sizing】列表中单击【Scope】选项下的【Scoping Method】项，在图形区框选所有实体，单击【Geometry】项中的【Apply】按钮完成，在【Element Size】文本框中输入5mm，如图11-83所示。

图11-83 设置网格尺寸

3）在【Outline（分析树）】中选择【Mesh】节点，单击【Mesh】工具栏上的【Mesh（网格）】|【Generate Mesh（生成网格）】命令，将弹出网格生成进度条，表明正在划分网格。当网格划分完成后，进度条自动消失，最终生成效果如图11-84所示。

图11-84 生成网格

6.施加载荷与边界条件

1）在【Outline（分析树）】中选择【Steady-State Thermal（B5）】节点，单击【Environment】工具栏上的【Temperature】命令，单击【图形】工具栏上的选择模式下的【Single Select（单选）】按钮，然后再单击【Body（选择体）】按钮，选择水实体，单击【Geometry】项中的【Apply】按钮完成，在详细设置窗口中【Definition】选项下的【Magnitude】中输入20，如图11-85所示。

2）单击【Environment】工具栏上的【Temperature】命令，单击【图形】工具栏上的选择模式下的【Single Select（单选）】按钮，然后再单击【Body（选择体）】按钮，选择齿轮实体，单击【Geometry】项中的【Apply】按钮完成，在详细设置窗口中【Definition】选项下的【Magnitude】中输入900，如图11-86所示。

图11-85 施加温度

图11-86 施加温度

7.设置求解项

1）在【Outline（分析树）】中选择【Solution（B6）】节点，出现【Solution】工具栏。

2）求解温度。单击【Solution】工具栏上的【Thermal】|【Temperature】命令，此时在分析树中插入【Temperature】求解项，如图11-87所示。

图11-87 添加温度求解项

8.求解并显示分析结果

1）单击工具栏上的【Solve】按钮，启动求解，系统弹出进度条，表示正在求解。求解完成后进度条自动消失，如图11-88所示。

2）温度分析云图。在【Outline（分析树）】中选择【Solution（B6）】节点，单击其下的【Temperature】项，在图形窗口显示出温度分析云图，如图11-89所示。

图11-88 求解进度条

图11-89 温度分析云图

9.瞬态热分析设置

在【Transient Thermal（C5）】下选择【Analysis Setting】节点，在详细设置窗口中设置【Step End Time（分析结束时间）】为120s，【Auto Time Stepping】为Off，【Time Step（时间步长）】为5s，如图11-90所示。

图11-90 分析设置

10.施加载荷和边界条件

单击【Environment】工具栏上的【Convection（对流）】命令，单击【图形】工具栏上的选择模式下的【Box Select（框选）】按钮，然后再单击【Face（选择面）】按钮，选择水实体的6个外表面，在【Details of“Convection”】列表中单击【Geometry】项中的【Apply】按钮完成，在【Film Coefficient】中输入5，如图11-91所示。