PLANE77 單元說明PLANE77 是 2 維 4 節(jié)點熱單元 (PLANE55) 的高階版本。每個節(jié)點只有一個自由度 – 溫度。8 節(jié)點單元具有一致的溫度形函數(shù)，可以較好地適應(yīng)具有曲線邊界的模型。這一 8 節(jié)點熱單元適用于
PLANE77 單元說明
PLANE77 是 2 維 4 節(jié)點熱單元 (PLANE55) 的高階版本。每個節(jié)點只有一個自由度 – 溫度。8 節(jié)點單元具有一致的溫度形函數(shù)，可以較好地適應(yīng)具有曲線邊界的模型。
這一 8 節(jié)點熱單元適用于 2 維，穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)熱分析。關(guān)于本單元的更多細節(jié)見 ANSYS 公司理論手冊 中的PLANE77。如果包含熱單元的模型還要用于結(jié)構(gòu)分析，應(yīng)該用等價的結(jié)構(gòu)單元CAE，有限元分析 (如 PLANE82) 替換本單元。能夠承受非軸對稱載荷的軸對稱單元是 PLANE75。
圖 77.1 PLANE77 單元幾何
PLANE77 輸入數(shù)據(jù)
在圖 77.1: "PLANE77 單元幾何" 中給出了本單元的幾何形狀，節(jié)點位置和坐標系。單元由 8 個節(jié)點以及正交異性材料特性所定義。將節(jié)點 K, L 和 O 定義為同一節(jié)點，可以得到三角形單元。正交異性材料的方向與單元坐標系相同。單元坐標系的方向在 坐標系 中說明。對于穩(wěn)態(tài)分析，忽略比熱和密度。未輸入的材料特性其默認值在 線性材料特性 中說明。
單元載荷在 "節(jié)點和單元載荷" 中說明。對流換熱或熱流密度 (二者不能同時) 以及熱輻射可以作為單元邊界上的面載荷輸入，如圖 77.1: "PLANE77 單元幾何" 中帶圓圈數(shù)字所示。 生熱率可以作為單元節(jié)點上的體載荷輸入。如果輸入了節(jié)點 I 處的生熱率HG(I),但未給出其它節(jié)點處的生熱率，則默認等于 HG(I)。如果輸入了所有角節(jié)點處的生熱率，各中間節(jié)點的生熱率默認為相鄰角節(jié)點生熱率的平均值。
在 "PLANE77 輸入?yún)R總"中給出了本單元輸入數(shù)據(jù)的匯總。關(guān)于本單元輸入數(shù)據(jù)的一般說明，見 "單元輸入"。對于軸對稱情況見 軸對稱單元。
PLANE77 輸入?yún)R總
節(jié)點
I, J, K, L, M, N, O, P
自由度
TEMP
實常數(shù)
無
材料性能
KXX, KYY, DENS, C, ENTH
面載荷
對流換熱或熱流密度 (二者不同時) 和熱輻射 -
邊 1 (J-I), 邊2 (K-J), 邊3 (L-K), 邊4 (I-L)
體載荷
生熱率 –
HG(I), HG(J), HG(K), HG(L), HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)
求解能力
生死單元
關(guān)鍵選項
KEYOPT(1) – 如何計算膜 (對流換熱) 系數(shù)
0 – 一致膜系數(shù)矩陣；
1 –對角線膜系數(shù)矩陣；
KEYOPT(3) - 單元行為:
0 – 平面
1 – 軸對稱
PLANE77 輸出數(shù)據(jù)
與單元有關(guān)的結(jié)果輸出有兩種形式：
? 包括在整個節(jié)點解中的節(jié)點位移。
? 附加的單元輸出，見表 77.1 "PLANE77 單元輸出定義"。
單元輸出的方向平行于單元坐標系。對于軸對稱分析，側(cè)面面積和熱流密度都是對整個 360°圓周的。對流熱流以流出單元為正。施加的熱流以流入單元為正。在 "結(jié)果輸出" 中給出了對于結(jié)果輸出的一般說明。查看的方法見 "ANSYS 基本分析指南"。
單元輸出定義表使用如下標記:
在名稱列中的冒號 (：) 表示該項可以用分量名方法 [ETABLE, ESOL] 處理；O 列表示該項可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示該項可用于結(jié)果文件。
無論 O列或 R 列，Y 表示該項總是可用的，一個數(shù)字表示表的一個注解,其中說明了使用該項的條件；而減號 "-" 表示該項不可用。
表 77.1 PLANE77 單元輸出定義
名稱
定 義
O
R
EL
單元號
Y
Y
NODES
節(jié)點- I, J, K, L, M, N, O, P
Y
Y
MAT
材料號
Y
Y
VOLU
體積
Y
Y
XC,YC
結(jié)果輸出點位置
Y
2
HGEN
生熱率HG(I), HG(J), HG(K), HG(L) , HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)
Y
-
TG:X, Y, SUM
單元中心處的溫度梯度分量和矢量和
Y
Y
TF:X, Y, SUM
單元中心處的熱流密度 (熱流率/截面積) 分量和矢量和
Y
Y
FACE
側(cè)面標記
1
1
NODES
側(cè)面節(jié)點
1
1
AREA
側(cè)面面積
1
1
HFILM
側(cè)面各節(jié)點的膜系數(shù) (對流換熱系數(shù))
1
-
TAVG
側(cè)面平均溫度
1
1
TBULK
側(cè)面各節(jié)點的流體體積溫度
1
-
HEAT RATE
對流造成的側(cè)面熱流率
1
1
HEAT RATE/AREA
對流造成的側(cè)面每單位面積的熱流率
1
-
HFAVG
側(cè)面的平均膜系數(shù) (對流換熱系數(shù))
-
1
TBAVG
側(cè)面平均介質(zhì)溫度
-
1
HFLXAVG
由輸入熱流造成的側(cè)面每單位面積的熱流率
-
1
HFLUX
側(cè)面各節(jié)點的熱流
1
-
注解：
1 只在輸入過面載荷時輸出；
2 只能用于單元中心并作為 *GET 命令的一項。
表 77.2 "PLANE77 輸出項和序列號" 列出了可以通過 ETABLE 命令,采用序列號方法輸出的內(nèi)容列表。更多信息見 "ANSYS 基本分析指南" 中 一般后處理 (POST1) 部分和本手冊中關(guān)于 "輸出項和序列號表" 部分。在表 77.2 "PLANE77 輸出項和序列號" 中使用如下標識符：
Name
與表 77.1: "PLANE77 單元輸出定義" 中相同定義的輸出量；
Item
用于 ETABLE 命令的預(yù)先定義的輸出項；
FCn
單元第 n 條邊的輸出項的序列號。
表 77.2 PLANE77 輸出項和序列號
輸出量名稱
ETABLE 和 ESOL 命令輸入
Item
FC1
FC2
FC3
FC4
AREA
NMISC
1
7
13
19
HFAVG
NMISC
2
8
14
20
TAVG
NMISC
3
9
15
21
TBAVG
NMISC
4
10
16
22
HEAT RATE
NMISC
5
11
17
23
HFLXAVG
NMISC
6
12
18
24
PLANE77 假設(shè)和限制
·單元面積必須是正的；
·如圖 77.1 "PLANE77 單元幾何" 所示，本單元必須位于總體坐標的X-Y 平面中。對于軸對稱分析，Y 軸必須是對稱軸。
·軸對稱結(jié)構(gòu)必須在 +X 部分建模；
·刪除某邊的中間節(jié)點，意味著沿該邊的溫度呈線性變化，而不再是拋物線變化的。關(guān)于中間節(jié)點的使用，見 ANSYS 建模和分網(wǎng)指南 中的 二次單元 (中間節(jié)點)；
·在各積分點處計算比熱和焓，從而允許對劇烈的變化 (如熔化) 采用較粗的網(wǎng)格；
·如果將這一熱單元替換為有表面應(yīng)力的結(jié)構(gòu)單元 (PLANE82)，本熱單元的方向應(yīng)該使 IJ 邊和/或者 KL 邊為自由表面；單元的自由表面(既不與其它單元相鄰，又沒有邊界約束) 假設(shè)為絕熱的；
·具有較小的積分時間步長和嚴重的表面熱梯度的瞬態(tài)熱問題要求該表面劃分精細的網(wǎng)格。 |
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