SS-T：4048 机械属性随温度变化的结构热连接分析

教程级别：高级版 为排气歧管（使用机械属性随温度变化的材料）创建结构热耦合分析。

目的
SimSolid 执行无网格结构分析，适用于全功能零件和装配，容忍几何缺陷，并在几秒钟至几分钟内运行。在本教程中，您将执行以下操作：
  • 学习应用随温度变化的机械属性，并将其应用于将通过连接热分析求解的排气歧管
模型描述
本教程需要以下模型文件：
  • Exhaust_Manifold.SLDPRT
  • Temperature_vs_Elascity_modulus.csv
  • Temperature_vs_Poisson's_ratio.csv
  • Temperature_vs_density.csv
  • Temperature_vs_Thermal_expansion_coeffient.csv
图 1.


导入几何模型

  1. 启动新 SimSolid 会话。
  2. 点击 Import from file。
  3. 在打开几何体文件对话框中，选择 Exhaust_Manifold.SLDPRT。
  4. 点击 Open。
    装配将加载到模型视窗中。

添加新材料

  1. 在主菜单中，点击 Settings ➔ Material database。
  2. 点击 Add Group 并根据需要重新命名组。
  3. 右击新组，然后选择 Add material。
  4. 将材料名称输入 304 不锈钢。
  5. 输入下图中显示的值。
    图 2.


创建机械属性的温度曲线

  1. 选择 Add elasticity modulus-temperature curve，然后点击 Edit。
  2. 点击 Import .csv。
  3. 确保弹性模量和温度的单位分别为 MPa 和 C，然后点击确定。
  4. 选择 Temperature_vs_Elascity_modulus.csv 文件，然后点击 Open。
    请注意，绘图仪根据从 CSV 文件导入的值显示曲线。
    图 3.


  5. 点击确定。
  6. 选择 Add Poisson’s ratio-temperature curve，然后点击 Edit。
  7. 点击 Import .csv。
  8. 确保温度单位为 C，然后点击确定。
  9. 选择 Temperature_vs_ Poisson's_ratio.csv 文件，然后点击 Open。
    请注意，绘图仪是根据从 CSV 中导入的数值来显示曲线的。
    图 4.


  10. 点击确定。
  11. 选择 Add density-temperature curve，然后点击 Edit。
  12. 点击 Import .csv。
  13. 确保密度和温度的单位为 tonnes/mm3 和 C，然后点击确定。
  14. 选择 Temperature_vs_ density.csv 文件，然后点击 Open。
    请注意，绘图仪是根据从 CSV 中导入的数值来显示曲线的。
    图 5.


  15. 点击确定。
  16. 选择 Add Thermal expansion-temperature curve，然后点击 Edit。
  17. 点击 Import .csv。
  18. 确保温度单位为 C，然后点击确定。
  19. 选择 Temperature_vs_ Thermal_expansion_coefficient.csv 文件，然后点击 Open。
    请注意，绘图仪是根据从 CSV 中导入的数值来显示曲线的。
    图 6.


  20. 点击确定。
  21. 点击 Apply。
  22. 点击 Save。
图 7.


施加材料

  1. 在工作台上，点击 Apply Material。
  2. 确保已选中 Material database。
  3. 选择 Steel_304，然后点击 Apply to all parts。
  4. 点击 Close。

创建热稳态子工况

  1. 在主窗口工具栏中，点击 Thermal Analysis > Thermal Steady-state。
  2. 在热稳态设置对话框中，接受默认温度为 0，然后点击 OK。
新分析会显示在项目树中的设计研究 1 下，分析工作台会打开。

施加温度

  1. 在项目树中，点击 Thermal 分支打开分析工作台。
  2. 在分析工作台工具栏上，选择 （温度）。
  3. 在对话框中，确认已选中 Face 单选按钮。
  4. 从模型视窗中选择模型上的面。
    图 8.


    1. 确保温度单位设置为 C。
    2. 对于温度，输入 220。
    3. 点击 确定。
      载荷会出现在热条件下的热分支中。载荷的表示会显示在模型上。
  5. 重复步骤 2 和 3。
  6. 从模型视窗中选择模型上的面。
    图 9.


    1. 确保温度单位设置为 C。
    2. 对于温度，输入 150。
    3. 点击 确定。
      载荷会出现在热条件下的热分支中。载荷的表示会显示在模型上。
  7. 再次重复步骤 2 和 3。
  8. 从模型视窗中选择模型上的面。
    图 10.


    1. 确保温度单位设置为 C。
    2. 对于温度，输入 100。
    3. 点击 确定。
      载荷会出现在热条件下的热分支中。载荷的表示会显示在模型上。

施加对流

  1. 在项目树中，点击 Thermal 分析分支，打开分析工作台。
  2. 在工作台工具栏中，点击 Convection。
  3. 在对话框中，确认已选中 Face 单选按钮。
  4. 选择外表面。
    1. 在对话框中，选择 Add tangent faces 复选框。
    2. 在模型视窗中，选择其中一个外表面。
      该面会与所有相邻的面一起被突出显示。
      图 11.


  5. 对于环境温度，输入 23。
  6. 对于对流换热系数，输入 25。
  7. 点击确定。

编辑求解设置

  1. 在项目树的分析分支中，双击 Solution settings。
  2. 在求解设置对话框中，对于 Adaptation，在下拉菜单中选择 Custom。
  3. 将自适应求解数设置为 4。
  4. 确保 Adapt to thin solids 复选框已选中，Adapt to features 复选框已清除。
    注： 启用 Adapt to features 将考虑模型中的复杂特征。
  5. 点击确定。

运行分析

  1. 在项目树中，打开分析工作台。
  2. 点击 Solve

查看结果

  1. 绘制 Temperature 云图。
    1. 在分析工作台工具栏中，点击 Results plot 。
    2. 选择 Temperature。
      会出现 Legend 窗口并显示温度云图。
  2. 在 Legend 窗口中，点击 查看模型视窗中的值和位置。

创建结构热分析并定义热载荷

  1. 在主窗口工具栏上，点击 Structural Analysis ➔ Structural thermal。
    提示： 您还可以右击一个已有的导入热分析，并选择 Create linked analysis > Structural thermal。
  2. 在热载荷窗口中，选择 Link to a Thermal analysis result。
    在窗口中会自动选择导入热分析。
    注： 如果存在多个分析，请从列表中手动选择导入热分析。
    图 12.


  3. 点击确定。
  4. 双击“结构 1”子工况中的可用设置。
    1. 要使用为所应用材料的机械属性添加的温度曲线，请选择 Temperature dependent material 复选框。
    2. 点击 确定。

创建固定支座

  1. 在分析工作台中，点击 Immovable support。
  2. 在对话框中，确认已选中 Faces 单选按钮。
  3. 在模型视窗中，选择下图中高亮显示为橙色的面。
    图 13.


  4. 点击确定。

编辑求解设置

  1. 右击 Thermal steady state 1 的求解设置。
  2. 点击 Apply to all analyses in current design study。

运行分析

  1. 在项目树中，打开分析工作台。
  2. 点击 Solve

查看合并的结果

  1. 在分析工作台工具栏中，点击 Results plot 。
  2. 选择 Displacement Magnitude。
    图例窗口会显示在模型视窗中。
  3. 关闭所有结果对话框。