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均布热源模型分析方法优化

时间:2023-06-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:单击“Graph”按钮,弹出比热容随温度的变化曲线,如图8-12所示。图8-16 建立模型图8-17 “Meshing Attributes”对话框选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines,在弹出的“Element

均布热源模型分析方法优化

1.创建物理环境

(1)过滤图形界面 从主菜单中选择Main Menu>Preferences,弹出“Preferences for GUI Filtering”对话框,勾选“Thermal”,对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤,如图8-1所示。

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图8-1 “Preferences for GUI Filtering”对话框

(2)定义工作标题 从实用菜单中选择Utility Menu>File>Change Title,在弹出的“Change Title”对话框中输入“Uniform heat flux distribution model analysis”,单击“OK”,如图8-2所示。

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图8-2 定义工作标题

(3)指定工作名 从实用菜单中选择Utility Menu>File>Change Jobname,弹出“Change Jobname”对话框,如图8-3所示,在“Enter new jobname”中输入“Grinding Tem-perature”,勾选“New log and error files”选项,单击“OK”。

(4)定义单元类型和选项 从主菜单中选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete,弹出“Element Types”对话框,如图8-4所示,单击“Add”按钮,弹出“Library of Element Types”对话框如图8-5所示。

在该对话框左面滚动栏中选择“Solid”,在右边的滚动栏中选择“8node 70”,单击

“OK”,定义了“Solid70”单元。

(5)定义材料属性 从主菜单中选择Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models,弹出“Define Material Model Behavior”对话框,如图8-6所示,在右边的栏中依次单击“Thermal>Conductivity>Isotropic”后,弹出“Conductivity for Material Number 1”对话框,如图8-7所示。单击“Add Temperature”,在图8-7所示对话框中“Temperatures”(湿度)后面的输入栏中依次输入“20、100、200、300、400、500、600、700、800、900”,在“KXX”(导热系数)后面的输入栏中依次输入“33.27、31.72、30.52、29.56、28.7、27.86、27.02、25.83、22.89、23.04”,如图8-8所示。单击“Graph”按钮,弹出导热系数随温度的变化曲线,如图8-9所示。

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图8-3 定指工作名

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图8-4 “Element Types”对话框

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图8-5 单元类型库对话框

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图8-6 定义材料模型

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图8-7 定义导热系数

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图8-8 定义随温度变化的导热系数

单击“Thermal>Specific Heat”后弹出“Specific Heat for Material Number 1”对话框,如图8-10所示。单击“Add Temperature”,如图8-11所示,在对话框中“Temperatures”后面的输入栏中依次输入“20、100、200、300、400、500、600、700、800、900”,在“C”(比热容)后面的输入栏中依次输入“462、473、495、524、561、612、687、814、689、619”。单击“Graph”按钮,弹出比热容随温度的变化曲线,如图8-12所示。

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图8-9 导热系数随温度的变化曲线

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图8-10 定义材料比热容

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图8-11 定义随温度变化的比热容

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图8-12 材料比热容随温度的变化曲线

单击“Thermal>Density”,弹出“Density for Material Number 1”对话框,如图8-13所示,在该对话框中“DENS”后面的输入栏中输入“7835”,单击“OK”。

单击“Material>Exit”结束,得到材料属性定义结果,如图8-14所示。

2.建立模型、赋予特性并划分网格

(1)建立模型 选择Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Volumes>Block>By Dimensions,在弹出的对话框中,在X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2、中分别输入“-20e-3,20e-3,0,40e-3,-20e-3,0”,单击“OK”,如图8-15所示。建立的几何模型如图8-16所示。

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图8-13 定义材料密度

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图8-14 材料属性定义结果

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图8-15 “Create Block by Dimensions”对话框

(2)赋予特性 选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh Attributes>Default At-tribs,弹出“Meshing Attributes”(网格属性)对话框,如图8-17所示。在[TYPE]选项中选择“1 SOLID70”,在[MAT]中选择“1”,其他选项保持默认。单击“OK”按钮。

(3)网格划分 设置单元密度:选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines,在弹出的“Element Size on…”对话框中选择“Min,Max,Inc”选项,在下面的输入栏中输入“1,8,1”,如图8-18所示。单击“OK”,弹出“Element Sizes on Picked Lines”(单元尺寸设置)对话框,在“NDIV”后的输入栏中输入“100”,如图8-19所示,单击“OK”退出对话框。

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图8-16 建立模型

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图8-17 “Meshing Attributes”对话框

选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines,在弹出的“Element Size on…”对话框中选择“List of Items”,在下面的输入栏中输入“9,12”,如图8-20所示。单击“OK”弹出“Element Sizes on Picked Lines”对话框,在“NDIV”后的输入栏中输入“25”。单击“OK”退出。

选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>Picked Lines,在弹出的“Element Size on…”对话框中选择“List of Items”,在下面的输入栏中输入“10,11”如图8-21,单击“OK”,弹出“Element Sizes on Picked Lines”对话框,在“NDIV”后的输入栏中输入“25”。单击“OK”退出。

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图8-18 “Min,Max,Inc”选择线

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图8-19 “Element Sizes on Picked Lines”对话框

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图8-20 “List of Items”选择9号和12号线

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图8-21 用“List of Items”选择10号和11号线

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图8-22 “Mesh Volumes”对话框

选择Main Menu>Preprocessor>Meshing>Mesh>Volumes>Mapped>4 to 6 sided,弹出“Mesh Volumes”对话框,如图8-22所示,单击“Pick All”按钮,得到有限元模型如图8-23所示。(www.xing528.com)

3.保存数据

选择Utility Menu>Select>Everything,然后选择Utility Menu>File>Save as,弹出“Save DataBase”对话框,在“Save DataBase to”下面的输入栏中输入“workpiece model.db”单击“OK”退出。

4.输入参数

选择Utility Menu>parameters>Scalar Parameters,弹出“Scalar Parameters”对话框,依次输入AP(磨削深度)=1.0E-4、B(砂轮宽度)=0.02、DS(砂轮直径)=0.2、E(热分配比)=0.62、ESIZE(单元尺寸)=4.0E-4、FT(切向磨削力)=85、VS(砂轮线速度)=60、VW(工件速度)=0.06、LC(接触弧长)=4.472135955E-03、QW(传入工件的热流密度)=6.0E-02,如图8-24所示。

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图8-23 有限元模型

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图8-24 参数输入对话框

5.施加初始温度

选择Main Meun>Solution>Define loads>Apply>Thermal>Temperature>Uniform temper-ature,在弹出的对话框中,在“Lab”中选择“TEMP”,在VALUE中输入25,如图8-25所示,单击“OK”。

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图8-25 施加初始温度

6.设置求解选项

选择Main Menu>Solution>Analysis Type>New Analysis,在弹出的对话框中,选择“Transient”,然后单击“OK”,如图8-26所示,接受默认设置,在弹出的对话框中单击“OK”。

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图8-26 选择求解类型

7.输出控制

选择Main Menu>Solution>Sol’n Controls,在弹出的对话框中,在“Frequency”中选择“Write every Nth substep”,如图8-27所示,单击“OK”。

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图8—27 “Solution Controls”对话框

8.施加载荷及求解(均布载荷)

为了模拟磨削过程中工件的运动,需要利用ANSYS APDL对工件进行循环加载。APDL程序如下:

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图8-28 施加均布载荷的结果

9.查看仿真结果

选择Main Meun>General Postproc>Read Results>By Pick,弹出结果文件,选择第25个载荷步,单击“Read”按钮,读取温度结果,单击“Close”关闭对话框,如图8-29所示。

选择Main Meun>General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solu,弹出“Contour Nodal Solution Data”对话框,如图8-30所示。选择Nodal Solution>DOF So-lution>Nodal Temperature,单击“OK”。得到第50载荷步的温度分布云图,如图8-31所示。

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图8-29 查看仿真结果

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图8-30 “Contour Nodal Solution Data”对话框

选择Utility Menu>WorkPlane>Offset WP by increments,弹出“Offset WP”对话框,如图8-32所示,将工作坐标系绕Y坐标轴旋转90°。

选择Utility Menu>PlotCtrls>Style>Hidden Line Options,弹出“Hidden-Line Options”对话框,在“Type of Plot”后面的选择框中选择“Section”如图8-33所示,单击“OK”,得到如图8-34所示横截面温度分布云图。

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图8-31 工件温度分布云图

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图8-32 “Offset WP”对话框

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图8-33 “Hidden-Line Options”对话框

选择Utility Menu>Select>Entities,弹出“Select Entities”对话框,在第一个选择框中选择“Nodes”,在第二个选择框中选择“By Location”,选择“X coordinates”,在“Min,Max”下面的输入栏中输入“0”,选择x坐标为“0”的所有节点。单击“OK”退出。

选择Main Meun>TimeHist Postpro>Define Variables,弹出“Defined Time-History Varia-bles”对话框,如图8-35所示。单击“Add”按钮,弹出“Add Time-History Variables”对话框,如图8-36所示。选择“Nodal DOF result”选项,单击“OK”,弹出“Define Nodal Data”对话框,如图8-37所示。选择适当的节点,单击“OK”,弹出如图8-38所示对话框。按图8-38所示选择相应选项,并为节点数据命名,单击“OK”结束变量定义。

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图8-34 横截面温度分布云图

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图8-35 “Defined Time-History Variables”对话框

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图8-36 “Add Time-History Variables”对话框

按上述方法,依次选择磨削表面上不同位置的几个节点的温度随时间的变化数据,并分别命名为no1、no2、no3、no4、no5等。

选择Main Meun>TimeHist Postpro>Graph Vabriables,弹出“Graph Time-History Varia-bles”对话框,如图8-39所示,依次输入相应的变量参考值,单击“OK”,得到磨削表面不同位置各点磨削温度随时间变化的曲线,如图8-40所示。

依次选择工件不同深度各点的温度随时间变化的数据,可得到如图8-41所示曲线。

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图8-37 弹出“Define Nodal Data”对话框

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图8-38 编辑所选数据

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图8-39 “Graph Time-History Variables”对话框

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图8-40 磨削表面不同位置各点的温度随时间变化的曲线

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图8-41 工件表面下不同深度各点的温度随时间变化的曲线

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