ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用

2016-03-14周浩张北记北京华福工程有限公司天津分公司天津300222

化工管理 2016年12期

周浩张北记（北京华福工程有限公司天津分公司，天津300222）

周浩张北记（北京华福工程有限公司天津分公司，天津300222）

热分析（TA）既是一种方法也是一种工具，在具体的应用中是针对热力学参数或物理参数随着温度的变化关系而执行的策略，基于ANSYS有限元分析软件的热分析功能，现有的应用中将其视为工具的性质更加普遍。本文以下采取这一理念展开对ANSYS有限元软件的研究，阐述其基本原理、方法在热分析中的应用以及未来发展趋势。

ANSYS；有限元分析软件；热分析；应用策略；发展趋势

1977年国际热分析协会（ICTA）给出了热分析的基本定义，即“热分析是测量程序控制温度下物质的物理性质与温度依赖关系的一种技术”，通俗地说，热分析就是温度控制下针对物体的一种温度与物性关系的研究方式，例如温度上升或温度下降中物性的变化；此外，在现实当中常见的热分布、热传递也属于研究范畴，例如当计算某个系统或设备部件的温度分布、温度损失、热流密度、热应力等内容。因此热分析的应用是十分广泛的，包括能源、化工、冶金、电子以及农业生产等，

1　热分析应用概述

基于本文的研究内容，笔者将热分析倾向于作为一种工具来对待，其应用的广泛性十分明显。例如，再机械加工的过程中，成品往往都是由零部件构成的，而不同的零部件部分在铸造生产中对材料的要求不同，或硬度较高，或柔韧性较好，需要对不同的共建温度进行有效估算和控制；生产者必须明确，随着温度的变化，模具、材料的结合形状变化特征、速率、界限，防止过度加工或热工性不足导致的零部件损坏和缺陷。

鉴于热分析的重要作用，从十八世纪开始人们就不断研究其应用方式，最终总结出变量表达的形式，如早期的热曲线法，用来分析陶瓷材料，具体应用中利用电流计、相机底片和切光计。二十世纪初出现了热重分析，用来研究电绝缘性材料的功能周期以及使用寿命；第二次世界大战结束以后，热分析技术逐渐在世界范围内引起了重视，各国科学家也都开始了相应的研究。

上世纪五十年代出现了自动化技术和记录技术，为热分析的动态性关系研究提供了便利条件，日本出现了世界上第一胎基于热分析的全自动DTA仪器设备，随后这一产品开始进入工业体系；真正将热分析技术推向市场化的产品出现在上世纪90年代，温度调节设备与分布式体系相结合，打破了长期以来热分析依赖于线性结构的形式，同时也很好的解决了热容引发的相漂移障碍。

计算机技术成熟以后，以软件形式展开的热分析工具广泛应用，可以更好的解决工业领域的大型文体，ANSYS作为一种有限元分析软件，再解决复杂的力学问题方面、温度变化问题方面等发挥了很好的效果。

2　ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用

2.1ANSYS热分析概述

ANSYS分析软件起源于上世纪70年代，是一种典型的基于计算机系统产生的分析方法，该程序早期只作为一个批处理程序，由于早期的电脑性能较差，ANSYS和一般的软件一样只能在大型计算机上进行使用，而这也正是它逐渐被应用于工业方向的一个契机。然而，随着计算机硬件和软件技术的不断发展，ANSYS程序发生了很大的变化，特别是在被支持的环境方面开始完善，并融入了子系统、非线性结构等多种类型，程序的独立性开始出现，尤其是在加入了交互性以后，为后期建模提供了有利的支持。

ANSYS分析软件在展开工作中设计交互式图形的验证模式，例如集合图形、边界条件等，通过软件分析完成之后，可以随机产生分析结果，这种创新性的有限元软件分析方法也正是ANSYS的重要优势；应用者可以随心所欲的针对图形用户或命令流方式展开更改。

“有限元”属于一个数学领域的概念，指的是一种为求解偏微积分方程边界值问题近似解的数值技术，本质上说，再计算温度场中并没有太大的优势，但基于稳态温度场以及弹性力学的振动问题分析，能够发挥很好的变化记录；其中的场变量是弹性力学中的位移概念，可视为是向量场，而在热分析问题中，场变量则是温度，是标量场。从场论角度分析来说，两者都是矢量范畴。

2.2ANSYS再热分析中的应用

计算机网络信息技术的快速发展，极大地推动了软件市场的繁荣，并促进了软件和硬件的相对分离，产生专业性的研究。ANSYS有限元程序在此基础上不断的改进、发展，目前已经实现了8.0版本的发布，再发挥热分析功能方面优势更加突出。例如，可以展开辐射问题的计算，应用的领域更宽、对象更复杂；结合我国目前ANSYS应用领域现状来说，主要包括钢铁工业、石油化工、轻工业等。

例如，ANSYS钢铁冶金领域的应用，可以满足复杂工艺、对象的有限元模拟分析。再模拟的过程中，ANSYS针对四辊轧机进行温度场的模拟，充分考虑了轧辊和轧件之间的瞬态热接触要素，以及流边界内容，并满足了温度分布于热凸度的近似计算要求。