钢铸件及其砂模的横截面尺寸如图9-33所示。
图9-33 几何尺寸
a）问题描述 b）根据对称性确定计算模型
型砂的热物理性能如表9-3所示。
表9-3 型砂物理性能
铸钢的热物理性能如表9-4所示。
表9-4 铸钢热物理性能
铸钢的初始温度为2875℉，砂模的初始温度为80℉；砂模外边界对流系数0.014Btu/hr.in2.oF，空气温度80oF；求3h后铸钢及砂模的温度分布。
启动Mechanical APDL Product Launcher 15.0，弹出Mechanical APDL Product Launcher15.0窗口。
在Mechanical APDL Product Launcher 15.0窗口中设置Simulation Environment为ANSYS，Lisence为ANSYS Multiphysics，在Working Directory中输入工作目录名称，在Job Name输入项目名称9-3。单击Run按钮，进入GUI界面。
在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Element Type＞Add/Edit/Delete命令，弹出图9-34所示的Element Types对话框。
单击Add按钮，弹出图9-35所示的Library of Element Types对话框。在Library of Element Types对话框中选择单元类型为PLANE77，单击OK按钮。
图9-34 Element Types对话框
图9-35 Library of Element Types对话框
此时回到Element Types对话框中即可看到添加完成的单元。
在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Material Models命令，弹出如图9-36所示的Define Material Model Behavior对话框。
图9-36 Define Material Model Behavior对话框
选择材料模型Thermal＞Conductivity＞Isotropic，弹出图9-37所示的Conductivity for Material Number 1对话框，输入KXX=0.025，单击OK按钮完成。
回到图9-36所示的Define Material Model Behavior对话框，选择Thermal＞Density，弹出图9-38所示的Density for Material Number 1对话框，输入DENS=0.054，单击OK按钮完成。
图9-37 Conductivity for Material Number 1对话框（一）
图9-38 Density for Material Number 1对话框（二）
回到图9-36所示的Define Material Model Behavior对话框，选择Thermal＞Specific Heat，弹出图9-39所示的Specific Heat for Material Number 1对话框，输入C=0.28，单击OK按钮完成。
回到图9-36所示的Define Material Model Behavior对话框，选择Material＞New Model，弹出图9-40所示的Define Material ID对话框，输入材料编号2。
图9-39 Specific Heat for Material Number 1对话框
图9-40 Define Material ID对话框
在图9-36所示的Define Material Model Behavior对话框中选择Thermal＞ Conductivity＞Isotropic，弹出图9-41所示的Conductivity for Material Number 2对话框。
单击Add Temperatures按钮，添加两个温度输入框，在框中输入温度值与对应的导热系数值，如图9-41所示。
在图9-36所示的Define Material Model Behavior对话框中选择Thermal＞Enthalpy，弹出图9-42所示的Enthalpy for Material Number 2对话框。
图9-41 Conductivity for Material Number 2对话框
图9-42 Enthalpy for Material Number 2对话框
单击“Add Temperature”按钮，添加两个温度输入框，在框中输入温度值与对应的焓值，如图9-42所示。
完成材料定义，1号材料为型砂，2号材料为铸钢。
在GUI界面中选择Utility Menu＞Plot＞Materials命令，弹出图9-43所示的Graph Material Properties对话框。
选择The conductivity＞KXX，输入材料编号2，单击OK按钮，在工作区中显示导热系数-温度曲线，如图9-44如示。
图9-43 Graph Material Properties对话框
图9-44 导热系数-温度曲线
在GUI界面中选择Utility Menu＞Plot＞Materials命令，弹出图9-45所示的Graph Material Properties对话框。
选择Enthalpy，输入材料编号2，单击OK按钮，在工作区中显示焓-温度曲线，如图9-46如示。
图9-45 Graph Material Properties对话框
图9-46 焓-温度曲线
在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Keypoints＞In Active CS命令，弹出图9-47所示的Create Keypoints in Active Coordinate System对话框。
在NPT输入框中输入关键点编号1，在X、Y、Z输入框中输入1号关键点的坐标值如图9-47所示，单击Apply按钮确认并继续输入下一个关键点坐标，直至完成表9-5所示的所有关键点的定义。
图9-47 Create Keypoints in Active Coordinate System对话框
表9-5 关键点坐标
完成定义的关键点如图9-48所示。
图9-48 完成定义的关键点
在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Arbitrary＞Through KPs命令，弹出图9-49所示的Create Area thru KPs对话框，输入关键点编号1，2，3，4，用英文逗号隔开，单击OK按钮，生成面，如图9-50所示。
图9-49 Create Area thru KPs对话框
图9-50 通过连接关键点生成面
在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Areas＞Rectangle＞By Dimensions命令，弹出图9-51所示的Create Rectangle by Dimensions对话框，输入矩形的两个角点坐标如图9-51所示。
单击OK按钮，在工作区中生成矩形，如图9-52所示。
图9-51 Create Rectangle by Dimensions对话框
图9-52 生成矩形
在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Booleans＞Overlap＞Areas命令，弹出Overlap Areas对话框，单击Pick All按钮，两个面搭接如图9-53所示。
图9-53 搭接
在GUI界面中选择Utility Menu＞PlotCtrls＞Numbering命令，弹出图9-54所示的Plot Numbering Controls对话框，设置如图9-54所示，单击OK按钮完成。
此时工作区中的显示应为图9-55所示。
图9-54 Plot Numbering Controls对话框
图9-55 显示面编号
在GUI界面选择Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Delete＞Area and Below命令，弹出Delete Area and Below对话框，在工作区中拾取3号面，单击OK按钮。结果如图9-56所示。
图9-56 删除3号面
在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞ManualSize＞Global＞Size命令，弹出图9-57所示的Global Element Sizes对话框，设置单元尺寸为1，如图9-57所示，单击OK按钮完成。(www.xing528.com)
图9-57 Global Element Sizes对话框
在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Areas＞Mapped＞3 0r 4sided命令，弹出Mesh Areas对话框。
在工作区中拾取5号面，单击OK按钮，完成5号面的网格划分，如图9 58所示。
在GUI界面中选择Main Menu＞ Preprocessor＞ Meshing＞ Mesh Attributes＞ Default Attribs命令，弹出图9 59所示f向Meshing Attributes对话框。
图9-58 划分5号面的网格
图9-59 Meshing Attributes对话框
将MAT（材料编号）设置为2，单击OK按钮完成。
在GUI界面中选择Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Areas＞Mapped＞3or 4 sided命令，弹出Mesh Areas对话框。选择4号面，单击OK按钮，完成面的划分如图9-60所示。
在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞New Analysis命令，弹出图9-61所示的New Analysis对话框，设置分析类型为Transient，即瞬态分析。
图9-60 完成网格划分
图9-61 New Analysis对话框
在GUI界面中选择Utility Menu＞Select＞Entities命令，弹出Select Entities对话框，设置选择参数如图9-62所示，选出材料为2的单元，如图9-63所示。
图9-62 Select Entities对话框
图9-63 选中铸钢单元
将Select Entities对话框中的参数设置如图9-64所示，单击OK按钮，选中的节点如图9-65所示。
图9-64 Select Entities对话框
图9-65 选中铸钢单元的节点
在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Initial Condit'n＞Define命令，弹出Define Initial Conditions对话框。
单击Pick All按钮，弹出图9-66所示的Define Initial Conditions对话框，设置初始条件为TEMP，值为2875。
图9-66 Define Initial Conditions对话框
在GUI界面中选择Utility Menu＞Select＞Entities命令，弹出图9-67所示的Select Entities对话框，设置选择参数如图9-67所示，单击Invert按钮，反选出其余单元，如图9-68所示。
图9-67 Select Entities对话框
图9-68 选中铸钢单元
将Select Entities对话框中的参数设置为图9-69所示，单击OK按钮，选中的节点如图9-70所示。
图9-69 Select Entities对话框
图9-70 选中铸钢单元的节点
在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Initial Condit'n＞Define命令，弹出Define Initial Conditions对话框。
单击Pick All，弹出图9-71所示的Define Initial Conditions对话框，设置初始条件为All DOF，值为80。
图9-71 Define Initial Conditions对话框
在GUI界面中选择Utility Menu＞Plot＞Lines命令，在工作区中绘出线框模型。
在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Thermal＞Convection＞On Lines，在工作区中拾取模型外缘3条线如图9-72所示，单击OK按钮，弹出图9-73所示的Apply CONV on lines对话框。
设置热传导系数为0.014，总体温度为80，如图9-73所示，单击OK按钮完成边界条件设置，如图9-74所示。
图9-72 选中砂模的外缘
图9-73 Apply CONV on lines对话框
在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol'n Controls命令，弹出图9-75所示的Solution Controls对话，设置Basic选项卡如图9-75所示。
图9-74 完成边界条件设置
图9-75 Solution Controls对话框（Basic选项卡）
进入Transient选项卡，将加载方式设置为Stepped loading，如图9-76所示，单击OK按钮完成。
在GUI界面中选择Main Menu＞Solution＞Load Step Opts＞Output Ctrls＞DB/Results File命令，弹出图9-77所示的Controls for Database and Results Files Writing对话框。
图9-76 Solution Controls对话框（Transient选项卡）
图9-77 Controls for Database and Results Files Writing对话框
设置Item to be controlled（输出参数的控制对象）为All items，设置输出为All entities（全部输出），如图9-77所示，单击OK按钮完成。
在GUI界面选择Main Menu＞Solution＞Solve＞Current LS命令，弹出图9-78所示的STATUS Command窗口，窗口中显示了项目的求解信息及输出选项。
同时弹出的还有图9-79所示的Solve Current Load Step对话框，询问用户是否开始进行求解。
图9-78 STATUS Command窗口
图9-79 Solve Current Load Step对话框
单击Solve Current Load Step对话框中的OK按钮开始求解，当弹出Solution is done！提示时，求解完成。
求解过程中，工作区随时间进程绘出如图9-80所示的绝对收敛范数-累积迭代次数曲线。曲线显示了ANSYS求解状态。完成求解后即可以进行后处理。
图9-80 绝对收敛范数-累积迭代次数曲线
进入时间历程后处理器（/POST26），弹出如图9-81所示的Time History Variables对话框。
图9-81 Time History Variables对话框
单击“添加变量”按钮，弹出图9-82所示的Add Time-History Variable对话框。
单击OK按钮，弹出图9-83所示的Node for Data对话框，输入节点号204，这是位于铸钢中心的一个节点。单击OK按钮，完成变量添加。
图9-82 Add Time-History Variable对话框
图9-83 Node for Data对话框
单击Time History Variables对话框中的“绘曲线”按钮，在工作区中绘出的曲线如图9-84所示。
图9-84 节点204的温度-时间曲线
单击工具栏中的QUIT按钮，弹出Exit from ANSYS对话框。
选择Save Everything选项，保存所有项目，单击OK按钮退出ANSYS。
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