ANSYSWorkbench18.0实例分析过程详解

1.启动Workbench 18.0

在“开始”菜单中执行ANSYS 18.0→Workbench 18.0命令。

2.创建工程数据及稳态热分析

（1）在工具箱【Toolbox】的【Component Systems】中调入工程数据【Engineering Data】到项目分析流程图。

（2）在工具箱【Toolbox】的【Analysis Systems】中拖动稳态热分析【Steady-State Thermal】到项目分析流程图并与工程数据【Engineering Data】相连接，如图3-9所示。

（3）在Workbench的工具栏中单击【Save】，保存项目实例名为Transistor.wbpj。工程实例文件保存在D：\AWB\Chapter03文件夹中。

图3-9 创建工程数据及稳态热分析

3.创建材料参数

（1）编辑工程数据单元：右键单击【Engineering Data】→【Edit】。

（2）在工程数据属性中增加新材料：【Outline of Schematic A2，B2：Engineering Data】→【Click here to add a new material】，输入材料名称Aluminum。

（3）输入密度参数：在左侧单击【Physical Properties】展开→双击【Density】→【Properties of Outline Row 4：Metal】→【Density】=2700kg/m³。

（4）输入导热系数参数：在左侧单击【Thermal】展开→双击【Isotropic thermal Conductivi-ty】→【Properties of Outline Row 4：Metal】→【Isotropic thermal Conductivity】=156W/（m·℃）。

（5）输入比热容参数：在左侧单击【Thermal】展开→双击【Specific Heat】→【Properties of Outline Row 4：Metal】→【Specific Heat】=963J/（kg·℃）。

（6）输入铜（Copper）材料的属性：过程与步骤（2）～（5）相同。

（7）输入合金（Metal）材料的属性：过程与步骤（2）～（5）相同，如图3-10所示。

（8）单击工具栏中的【A2，B2：Engineering Data】关闭按钮，返回到Workbench主界面，新材料创建完毕。

4.导入几何

在稳态热分析上，右键单击【Geometry】→【Import Geometry】→【Browse】→找到模型文件Transistor.agdb，打开导入几何模型。模型文件在D：\AWB\Chapter03文件夹中。

图3-10 材料属性

5.进入Mechanical分析环境

（1）在稳态热分析上，右键单击【Model】→【Edit】进入Mechanical分析环境。

（2）在Mechanical的主菜单【Units】中设置单位为Metric（m，kg，N，s，V，A）。

6.为几何模型分配材料

（1）为铝制散热器分配材料：单击【Model】→【Geometry】→【Part】→【Radiator】→【Detail of“Radiator”】→【Material】→【Assignment】=Aluminum。

（2）为隔热器分配材料：单击【Interlayer】→【Detail of“Heat insulator”】→【Material】→【Assignment】=Copper。

（3）为晶体管分配材料：单击【Transistor】→【Detail of“Transistor”】→【Material】→【As-signment】=Metal。

7.几何模型划分网格

（1）选择【Mesh】→【Detail of“Mesh”】→【Defaults】→【Relevance】=100，【Sizing】→【Relevance Center】=Fine，【Sizing】→【ElementSize】=0.001m，其他默认。

（2）在标准工具栏中单击，然后选择整个模型，接着在导航树上右键单击【Mesh】，从弹出的菜单中选择【Insert】→【Method】；【Automatic Method】→【Detail of“Automatic Meth-od”-Method】→【Definition】→【Method】=Hex Dominant，其他默认。

（3）生成网格：选择【Mesh】→【Generate Mesh】，图形区域显示程序生成的网格模型，如图3-11所示。

（4）网格质量检查：在导航树里单击【Mesh】→【Details of“Mesh”】→【Quality】→【Mesh Metric】=Element Quality，显示Element Quality规则下网格质量详细信息，平均值处在好水平范围内，展开【Statistics】显示网格和节点数量。

图3-11 网格划分

8.施加边界条件

（1）选择【Steady-State Thermal（B5）】。

（2）施加等效热流：在标准工具栏中单击，然后分别选择晶体管的两侧面、顶面和隔热板的上表面，然后在环境工具栏中单击【Heat】→【Heat Flux】，单击【Heat Flux】→【Details of“Heat Flux”】→【Definition】→【Magnitude】=1500W/m²，其他默认，如图3-12所示。

（3）为晶体管施加全功率热生成：在标准工具栏中单击选择晶体管，然后在环境工具栏中单击【Heat】→【Internal Heat Generation】，单击【Internal Heat Generation】→【Details of“Internal Heat Generation”】→【Definition】→【Magnitude】=1e7W/m³，其他默认，如图3-13所示。

图3-12 施加等效热流

图3-13 施加热生成

（4）为散热器施加对流负载：在标准工具栏中单击选择散热器侧面，共14个面，然后在环境工具栏中单击【Convection】→【Details of“Convection”】→【Definition】→【Film Coefficient】=51W/（m²·℃），【Definition】→【Ambi-ent Temperature】=40℃，其他默认，如图3-14所示。

9.设置需要的结果(www.xing528.com)

（1）选择【Solution（B6）】。

（2）在工具栏中选择【Thermal】→【Temperature】。

10.求解与结果显示

（1）在Mechanical标准工具栏中单击进行求解运算。

图3-14 施加对流

（2）在导航树上选择【Solution（B6）】→【Temperature】，图形区域显示稳态热传导计算得到的温度变化，如图3-15所示。

图3-15 稳态下温度场分布

11.创建瞬态热分析系统

返回到Workbench窗口，右键单击稳态热分析单元格的【Solution】→【Transfer Data To New】→【Transient Thermal】创建瞬态热分析，如图3-16所示。

12.施加边界条件

（1）返回到【Mechanical】分析环境。

（2）选择【Transient Thermal（C5）】。

（3）复制边界条件：首先选择稳态热分析系统中的三个边界条件，单击右键选择复制，然后选择瞬态热系统，单击右键选择粘贴，如图3-17、图3-18所示。

图3-17 复制边界条件

图3-18 粘贴边界条件

（4）输入热通量函数：单击【Transient Thermal（C5）】→【Heat Flux】→【Details of“Heat Flux”】→【Definition】→【Magnitude】→【Function】=0.05+0.055*sin（2*3.14*time/120），如图3-19所示。

（5）采用命令行使精度和稳定性之间平衡：在导航树上，右键单击【Transient Thermal（C5）】→【Insert】→【Commends】；单击【Commends（APDL）】，在右侧的命令窗口中输入tintp，，，，.75，.5，.1；一阶瞬态积分为0.75，振荡极限为0.5和0.1，如图3-20所示。

图3-19 热通量函数

图3-20 设置命令

13.分析设置

（1）在导航树上单击【Transient Thermal（C5）】。

（2）单击【Analysis Settings】→【Details of“Analysis Settings”】→【Step Controls】→【Number Of Steps】=1，【Current Step Number】=1，【Step End Time】=3s，【Auto Time Stepping】=On，【Define By】=Time，【Initial Time Step】=4.3e-004，【Minimum Time Step】=4.3e-004s，【Maximum】=0.5s，【Time Integration】=On，如图3-21所示。

14.设置需要的结果

（1）选择【Solution（C6）】。

（2）在工具栏中选择【Thermal】→【Temperature】。

图3-21 瞬态分析设置

15.求解与结果显示

（1）在Mechanical标准工具栏中单击进行求解运算。

（2）在导航树上选择【Solution（C6）】→【Temperature】，图形区域显示瞬态热传导计算得到的温度变化，如图3-22所示。

图3-22 瞬态下温度场分布

16.保存与退出

（1）退出Mechanical分析环境：单击Mechanical主界面的菜单【File】→【Close Mechanical】退出环境，返回到Workbench主界面，此时主界面的分析流程图中显示的分析项目均已完成。

（2）单击Workbench主界面上的【Save】按钮，保存所有分析结果文件。

（3）退出Workbench环境：单击Workbench主界面的菜单【File】→【Exit】退出主界面，完成分析。