在ANSYS Workbench热应力分析中,不知你是否曾遇到过这样的情形,即:未施加任何温度作用,但是模型中发生了显著的温度变形。为说明这一问题,本文举一个简单的例子。

如图1所示,创建一个1mX1mX1m的立方块模型,材质为结构钢,其热膨胀系数为1.2E-5(℃^-1),

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图1 单位立方钢块

将此模型导入Mechanical中,对左侧面、底面、后侧面施加法向约束(frictionless support),而右侧面、顶面、前侧面保持自由,这样的约束使得立方块在三个方向都可以自由伸缩。由于Mechanical中没有荷载无法计算,因此我们随便在施加了法向约束的某个面上,比如左侧面上施加数值很小的一个法向力,显然此荷载对变形结果无影响,如图2所示。

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图2 约束及荷载情况

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图3 约束与荷载

由图3的列表中可见,并未施加任何温度作用对象。下面来添加变形分量结果,在Solution分支下通过右键菜单添加三次Insert>Deformation>Directional,依次选择X、Y及Z方向。求解后绘制各向位移分量如图4、图5、图6所示。

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图4 X方向变形

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图5 Y方向变形

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图6 Z方向变形

由上述变形图可见,各个方向都产生了明显的变形,且变形最大值均相等,其数值为alpha*L*(T-Tref)=1.2E-5(℃^-1)×1m×10℃=0.00012m,温差是根据变形量反推的。

由于在分析环境中并未施加任何Thermal Condition,那么这个10℃的温差是如何产生的呢?

原来,在几何对象的属性中选择了By body的参考温度设置,而此温度与Static Structural中的环境温度不等,分别如图7和图8所示,这样就形成了10°的温差。

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图7 体参考温度

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图8 环境温度

由此可见,即便不施加Thermal Condition条件,当体的参考温度与环境温度不相等时,也会引起热膨胀,如果结构受到约束,还会引起温度应力。这一点是需要ANSYS用户注意的。