Fluent｜热应力计算

本文演示在Fluent中求解计算热应力的基本流程。

Fluent 2021R1版本中的Structure模型中添加了热应力求解功能，利用该功能能够在Fluent中直接求解结构在温差影响下的热应力。

计算模型为如图所示的铝板，其尺寸为100*20*5mm。板子的一端温度为50℃，另一端温度80℃，其他边界为绝热，同时板子两端固定，计算在温差作用下的热应力。

1 Fluent计算

• 计算网格1 mm，生成全六面体网格，如下图所示

• 更换温度单位为摄氏度C

• 激活能量方程

• 将计算区域更改为固体域

• 激活Structural Model，选择Linear Elasticity，激活选项Thermal Effects

注：只有激活了选项Thermal Effects才能考虑热应力。

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• 设置材料介质参数

• 指定左侧边界温度为50 C

• 左侧边界位移全约束

• 指定另一侧温度为80 C

• 右侧边界位移全约束

• 不计算流动与湍流方程

• 初始化计算

• 进行计算

• 计算得到的温度分布

• 计算得到的总位移分布

• 计算得到的米塞斯应力分布

2 利用结构求解器计算

传统的热应力计算流程如下图所示。需要使用Thermal求解器与structural求解器耦合计算。

• 设置材料参数，确保与前面的材料参数一致

• 网格尺寸1 mm，网格如下图所示

• 指定温度为50 C

• 指定另一侧温度为80 C

• 右键选择Solution(A6)，选择弹出菜单项Solve进行温度场求解
• 在B5上为两端面添加位移约束，如下图所示

• 导入前面计算得到的温度场

• 求解B6节点，得到的总位移分布如下图所示

位移计算结果与Fluent中保持一致。

• 应力计算结果如下图所示

应力计算结果并不完全一致，不过只是最大应力和最小应力有偏差，几何体上的应力分布其实是一致的。目前尚不明确位移一致而应力不一致的原因是什么。

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