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【求助】ANSYS移动热源瞬态热分析,仿真结果温度高的离谱,求教大家是什么原因

我用ANSYS模拟在长方体物体表面施加移动的高斯激光热源,分析物体的温度场分布情况,仿真出来结果的温度比预期值高非常多(比如预期的温度是2百多,仿真出来的是四五百度)

另外一个异常是,将网格加密后,温度会显著上升
单元使用的是Solid70,网格为边长相等的立方体
分别按边长为0.2mm、0.1mm、0.05mm进行网格划分,仿真出的最高温度如下表所示

不同网格密度仿真出来的最高温度几乎成倍数地发生变化,正常来说网格变化应该不会引起这么大的差别啊
我自己找原因,发现沿着深度方向,热量只能从一个单元的上层节点传递到本单元下层节点,但从该单元的下层节点就无法传递到与其相邻的更下一层的单元了。如下图所示,除了最上面一层单元有温升外,其他单元的温度均为初始温度

求指导,求帮助~
我金币就这么多了,希望大家不要嫌弃:jok:
有类似问题的朋友也欢迎来交流讨论~
最后附上命令流,为方便阅读删去了定义材料参数和定义热源方程部分,完整的APDL可在附件中下载
/prep7
/unit,si
et,1,solid70
!****材料属性设置****  
!粉末密度445kg/m3
! 比热容:2660J/(kg·K)
! 热导率:0.111W/(m·K)
!*******************
!****模型几何参数设置****
length=2.5e-3    !长5mm
width=0.4e-3     !宽1mm
height=0.5e-3  !高0.5mm
!**********************
block,0, length,0, width,0, height  
Esize,0.1e-3
vmesh,all
!*************************
TUNIF,172 !预热温度
FINISH
/SOL
!****激光参数设置****
P=12          !功率为12W
w0=0.15e-3  !光斑半径为0.15mm
v=3.5    !激光扫描速度为3.5m/s
d=0.12e-3   !激光扫描间距为0.12mm
!**********************
! ****瞬态求解参数设置****
lstep=0.1e-3 !扫描步长为0.1mm
time_step=lstep/v !载荷步时间大小
ANTYPE,4   !定义新分析
TRNOPT,FULL
TOFFST,273, !定义摄氏度的温度偏移量
!*  
TIMINT,1  !打开时间积分选项进行瞬态分析
TINTP, ,0.25250625,0.505, , , , !这条语句是GUI附送的,不知道有没有问题
!*  
!************************
OUTRES,ERASE
OUTRES,ALL,1
my_time=0
XX=0.2e-3    !XX,YY用于定义局部坐标的原点
YY=0.2e-3
!**** 高斯光束能量公式定义(GUI方式自动生成)****
!****GAUSS=2*P/(PI*(w0)^2)*exp(-2*({X}^2+{Y}^2)/(w0)^2)****
LOCAL,11,0,XX,YY,height  !定义局部坐标系11
....
....
! End of equation: 2*P/(PI*(w0)^2)*exp(-2*({X}^2+{Y}^2)/(w0)^2)
!-->
!*************************************************
!****循环求解*******
*DO,i, 0,10,1
LOCAL,11,0,XX,YY,height
!****每个载荷步的求解参数设置****
my_time=my_time+time_step
TIME,my_time
AUTOTS,1
DELTIM,time_step/100, time_step/200, time_step/10,1   
KBC,1   
!*  
TSRES,ERASE
!*
!********************************
!****加载****
SFA,2,1,HFLUX,%GAUSS%
!*************
!****求解,完成后删除载荷****
ALLSEL,ALL
SOLVE
SFADELE,2,1,HFLUX
!****************************
XX=XX+lstep
*ENDDO
最后再次感谢~

用户评论

导热率 0.111 太小了,属于绝热材料,所以热量传不到里面去,全部用来加热表面单元了。

不过,想要得到更加专业的回答,我建议还是下载小木虫APP。不要怕麻烦,APP里面有很多非常专业的资料,还有很多各专业的大牛免费解答各种问题,现在安装,下载资源还免费呢,赶快下载【小木虫APP】试试吧!

用的软件不一样,帮不了你的忙,给你加油:D

2楼: Originally posted by shgao20 at 2017-04-19 08:06:32
导热率 0.111 太小了,属于绝热材料,所以热量传不到里面去,全部用来加热表面单元了。
大神,导热系数低可能有影响但我觉得不是导致温度过高的最主要原因
我把导热系数调大100倍(变为11.1W/K·m),仿真得出的结果相比导热系数为0.111的情况温度只下降了不到30度,热量也几乎没传下去

您再帮我分析分析哪里还有问题呗

祝福     祝福

你先选取一个金属材料的球星,仿真看一下结果,在确定是命令流问题还是材料问题

你先选取一个金属材料的球星,仿真看一下结果,在确定是命令流问题还是材料问题

请问下你预期数值是怎么来的?简单的估计可以得到如下结果:
http://pan.baidu.com/s/1bOGCNG
说明你的网格远不够细。

6楼: Originally posted by thingisshit at 2017-04-19 09:58:25
你先选取一个金属材料的球星,仿真看一下结果,在确定是命令流问题还是材料问题
我将材料改成铁的材料参数(导热系数70W/m·K,密度7833kg/m3,比热容448J/kg·K),分别用不同网格大小仿真出的结果如下

温度的变化还是挺大的
而且我在0.1mm网格划分时,分别用功率P=12W和功率P=1000W进行仿真,仿真出来的结果除了温度数值发生变化外,温度分布基本一样
12W时的结果:

1000W时的结果:

在表面温度最高点处沿深度的温度分布比较:

命令流里应该有问题:(

8楼: Originally posted by hsyEsperanto at 2017-04-19 12:36:56
请问下你预期数值是怎么来的?简单的估计可以得到如下结果:
http://pan.baidu.com/s/1bOGCNG
说明你的网格远不够细。
请问您用来估算的是什么公式?没看懂:rol:
不过估算出来是3千多度有点太高了吧
我模拟的是激光烧结尼龙12粉末,尼龙12(PA12)的熔点在180左右,正常烧结时的温度应该不会超过300度,如果温度达到3000多度就碳化或气化了
问题是现在的温度已经过高了,如果网格划分得更细的话温度会更高,离实际情况更远了

各位大神,问题还没有解决,这个帖子不要沉啊:rol::rol::rol:

大家不要被我的问题描述给限制住思路了
跳出我这个模型来讲,有哪些问题可能会导致最后的仿真结果温度过高?
求过来人说一下,卡在这个问题上已经快一个多月了,我现在都没有调试思路了:(:(:(
感激不尽!

利用高斯热源模拟时一定要注意热源区域的网格密度,通常高斯有效加热半径内的网格在20到50之间为佳,

单位系统统一吧?

热学表示不懂,马上改做器件了,也得用ansys模拟,求大神带,不管怎样,帮你顶一下,这么好的话题,可不能沉了

嗯,用的软件不一样估计也帮不上忙,不过从你给的条件来看试验条件下确实会产生一个melting pool,不知道你考虑了没,另一个是时长,还有一个是高斯激光下的non—Fourier heat tansfer  effect

感觉你前一步的结果没有继承下来,每次新的求解,缺少各步结果的叠加。

另一个问题是:你的计算时间只有 0.314E-3,太短了,热量还来不及传进去。

10楼: Originally posted by luoyehsw at 2017-04-19 16:24:01
请问您用来估算的是什么公式?没看懂:rol:
不过估算出来是3千多度有点太高了吧
我模拟的是激光烧结尼龙12粉末,尼龙12(PA12)的熔点在180左右,正常烧结时的温度应该不会超过300度,如果温度达到3000多度就碳化 ...
状态变化ansys不会自动判断

10楼: Originally posted by luoyehsw at 2017-04-19 16:24:01
请问您用来估算的是什么公式?没看懂:rol:
不过估算出来是3千多度有点太高了吧
我模拟的是激光烧结尼龙12粉末,尼龙12(PA12)的熔点在180左右,正常烧结时的温度应该不会超过300度,如果温度达到3000多度就碳化 ...
状态变化ansys不会自动判断

出现固态向液态变化正常需要吸收大量热,但是ansys没有自动判断状态转换

建议你将终止时间设置的长一些,或者干脆做稳态分析,看看温度如何。

大神,你好,我也是做这一块的,我想问一下你的移动热源是怎么让他在你指定的路径上移动的,先谢大神了


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