【正文】 81。MSVfA及的轉換系數。 耦合場分析簡介 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 力學參數 MKS 單位 量綱 乘以此數 獲得 181。MKSv單位 量綱 長度 m M 106 181。m 181。m 力 N (kg)(m)/(s)2 106 181。N (kg)(181。m)/(s)2 時間 s S 1 s s 質量 kg kg 1 kg kg 壓力 Pa (kg)/(m)(s)2 106 MPa (kg)/(181。m)(s)2 速度 m/s m/s 106 181。m/s 181。m/s 加速度 m/(s)2 m/(s)2 106 181。m/(s)2 181。m/(s)2 密度 kg/(m)3 kg/(m)3 1018 kg/(181。m)3 kg/(181。m)3 應力 Pa kg/(m)(s)2 106 MPa kg/(181。m)(s)2 楊氏模量 Pa kg/(m)(s)2 106 MPa kg/(181。m)(s)2 功率 W (kg)(m)2/(s)3 1012 pW (kg)(181。m)2/(s)3 力學從 MKS到 uMKSV的轉換系數 耦合場分析簡介 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 熱學從 MKS到 uMKSV的轉換系數 熱參數 MKS 單位 量綱 乘以此數 獲得 181。MKSv 單位 量綱 導熱系數 W/m176。 K (kg)(m)/176。 (K)(s)3 106 pW/(181。m)( 176。 K) (kg)(181。m)/( 176。 K)(s)3 熱通量 W/(m)2 kg/(s)3 1 pW/(181。m)2 kg/(s)3 比熱 J/(kg)( 176。 K) (m)2/(K176。 )(s)2 1012 pJ/(kg)( 176。 K) (181。m)2/(176。 K)(s)2 熱流 W (kg)(m)2/(s)3 1012 pW (kg)(181。m)2/(s)3 單位體積的熱生成 W/m3 (kg)/(m)(s)3 106 pW/(181。m)3 kg/(181。m)(s)3 對流系數 W/(m)2176。 K kg/(s)2 1 pW/(181。m)2176。 K kg/(s)2 動力粘度 kg/(m)(s) Kg/(m)(s) 106 kg/(181。m)(s) kg/(181。m)(s) 運動粘度 (m)2/s (m)2/s 1012 (181。m)2/s (181。m)2/s 耦合場分析簡介 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 電學參數 MKS 單位 量綱 乘以此數 獲得 181。MKSv 單位 量綱 電流 A A 1012 pA pA 電壓 V (kg)(m)2/(A)(s)3 1 V (kg)(181。m)2/(pA)(s)3 電荷 C (A)(s) 1012 pC (pA)(s) 電導率 S/m (A)2(s)3/(kg)(m)3 106 pS/181。m (pA)2(s)3/(kg)(181。m)3 電阻率 Ωm (Kg)(m3/(A)2(s)3 106 TΩ181。m (kg)(181。m)3/(pA)2(s)3 介電常數 [1] F/m (A)2(s)4/(kg)(m)3 106 pF/181。m (pA)2(s)2/(kg)(181。m)3 能量 J (kg)(m)2/(s)2 1012 pJ (kg)(181。m)2/(s)2 電容 F (A)2(s)4/(kg)(m)2 1012 pF (pA)2(s)4/(kg)(181。m)2 電場 V/m (kg)(m)/(s)3(A) 106 V/181。m (kg)(181。m)/(s)3(pA) 電通量密度 C/(m)2 (A)(s)/(m)2 1 pC/(181。m)2 (pA)(s)/(181。m)2 電學從 MKS到 uMKSV的轉換系數 耦合場分析簡介 第 三章 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 什么是順序多場耦合 順序多場耦合是指將不同工程領域多個相互作用的綜合分析 ， 求解一個完整的工程問題 。 為了方便 ， 本章把與一個工程學科求解分析相聯系的過程叫做一個物理分析 。當一個物理分析的輸入依賴于另一個分析的結果 ， 那么這些分析是耦合的 。 有些情況只使用 ? 單向 ? 耦合 。 例如計算流過水泥墻的流場提供了對墻壁進行結構分析的壓力載荷 。 壓力引起墻的變形 ， 反過來又會影響墻周圍流場的幾何形狀 。 實際上流場的幾何形狀變化很小 ， 可以忽略不計 。 因此就沒必要再返回來計算變形后的流場 。 當然在此分析中 ， 流體單元用于求解流場 ， 結構單元用于計算應力和變形 。 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 什么是順序多場耦合 一個較復雜的情況是感應加熱問題 ， 交流電磁場分析計算出焦耳熱生成的數據 ， 瞬態(tài)熱分析用于預測時間相關的溫度解 。 但在兩個物理分析中材料的性能都是隨溫度明顯變化的 ， 造成感應熱問題求解的復雜性 。 這就需要兩種物理分析的反復進行 。 順序耦合是指多個物理分析一個一個按順序分析 。 第一個物理分析的結果作為第二個物理分析的載荷 。 如果分析是完全耦合的 ， 那么第二個物理分析的結果又會影響第一個物理分析的輸入 。 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 什么是順序多場耦合 全部載何可分為以下兩類： ?基本物理載荷 ， 不是其它物理分析的函數 ， 這種載荷也叫名義邊界條件； ?耦合載荷 ， 是其它物理分析的結果 。 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 什么是順序多場耦合 典型 ANSYS順序耦合分析應用包括： ?熱應力 ?感應加熱 ?感應攪拌 ?穩(wěn)態(tài)流體－結構耦合 ?磁－結構耦合 ?靜電－結構耦合 ?電流傳導－靜磁 ANSYS程序能夠使用一個數據庫文件進行多物理耦合分析 ， 使用同一個有限元模型 。 而這些單元所代表的物理意義在不同的物理分析中是不同的 ， 這就用到物理環(huán)境的概念 。 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 什么是物理環(huán)境？ ANSYS程序使用物理環(huán)境的概念進行順序耦合場分析。可以將所有的操作參數及某一物理分析選項全部寫入一個物理環(huán)境文件。它是一個 ASCII文件，用以下方法創(chuàng)建： Command: PHYSICS, WRITE, TITLE, FILENAME, EXT, DIR GUI: Main Manu: PreprocessorPhysics Environ Main Manu: SolutionPhysics Environ 針對一個具體的工作名可以定義多達 9個物理環(huán)境。在 physics命令中可為每一個物理環(huán)境定義一個唯一的標題。 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 什么是物理環(huán)境？ ANSYS為每一個物理環(huán)境指定唯一的編號并作為物理環(huán)境文件擴展名的一部分。建議使用標題描述分析的物理環(huán)境。這個標題應該與在 /Title命令中（ Utility MenuFileCreate Title）設定的標題區(qū)分開。 Physics, Write命令創(chuàng)建物理環(huán)境文件（例如 Jobname, PH1） ,并將 ANSYS數據庫中的如下信息寫入這個文件： 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 什么是物理環(huán)境？ ?單元類型及 KEYOPT設定； ?實常數； ?材料屬性； ?單元坐標系 ?求解分析選項； ?載荷步選項； ?約束方程； ?耦合節(jié)點集； ?施加的邊界條件和載荷； ?GUI過濾設臵； ?分析標題（ /TITLE）； 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 什么是物理環(huán)境？ 使用 PHYSICS， READ命令 (Main MenuPrepreccssorPhysicsEnvironread)讀取一個物理環(huán)境文件。 使用寫入此物理環(huán)境文件時使用的文件名或標題（標題在物理環(huán)境文件的開頭）。在讀入物理環(huán)境以前， ANSYS程序將清除數據庫中所有的邊界條件，載荷，節(jié)點耦合，材料屬性，分析選項，約束方程。 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 一般分析步驟 進行順序耦合場分析可使用間接法或物理環(huán)境法。 對于間接方法，使用不同的數據庫和結果文件，圖 3－ 1為用間接方法的典型順序耦合分析數據流程圖。每個數據庫包含合適的實體模型，單元，載荷等?？梢园岩粋€結果文件讀入到另一個數據庫中。但單元和節(jié)點編號在數據庫和結果文件中必須是一致的。 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 順序耦合場分析 圖 3－ 1間接法順序耦合分析數據流程圖 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 一般分析步驟 圖 3－ 2為物理環(huán)境方法的數據流程圖，對于這種方法，整個模型使用一個數據庫。數據庫中必須包含所有物理分析所需的節(jié)點和單元。對于每個單元或實體模型圖元，必須定義一套屬性編號，包括單元類型號，材料編號，實常數編號及單元坐標系編號。所有這些編號在所有物理分析中是不變的。但在每個物理環(huán)境中，每個編號對應的實際的屬性是不同的，例如實常數和單元類型。模型中的某一區(qū)域在某一個物理環(huán)境中，可以是無效的，本章后面將詳細解釋。 順序耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 順序耦合場分析 圖 3－ 2使用物理環(huán)境順序耦合場分析數據流程 第 四章 直接耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 什么是直接耦合場分析 在直接耦合場分析中，只需用耦合場單元進行一次分析。 表 41具有耦合場分析能力的單元 直接耦合場分析 單元名稱 描述 SOLID5 耦合場六面體 PLANE13 耦合場四邊形 FLUID29 聲學四邊形 FLUID30 聲學六面體 CONTAC48 2D 點對面接觸 CONTAC49 3D 點對面接觸 CONTA171 2D面對面接觸 CONTA172 2D面對面接觸 CONTA173 3D面對面接觸 CONTA174 3D面對面接觸 SOLID62 3D 磁－結構單元 FLUID116 熱－流體管道單元 PLANE67 熱電四邊形單元 LINK68 熱電線單元 SOLID69 熱電六面體單元 SOLID98 耦合場四面體單元 CIRCU124 通用電路單元 SHELL157 熱電殼單元 TRANS126 機 電換能器 有限元模型可以混合一些帶有 VOLT自由度的耦合場單元，要保證相容性，單元必須有相同的支反力 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 什么是直接耦合場分析 耦合場單元包含所有必要的自由度，通過計算適當的單元矩陣（矩陣耦合）或是單元載荷矢量（載荷矢量耦合）來實現場的耦合。在用矩陣耦合方法計算的線性問題中，通過一次迭代即可完成耦合場相互作用的計算，而載荷矢量耦合方法在完成一次耦合響應中至少需要二次迭代。對于非線性問題，矩陣方法和載荷矢量耦合方法均需迭代。 表 42給出了 ANSYS/Multiphysics產品用于直接方法時所支持的不同類型的耦合場分析，以及每種類型所需要的耦合類型。想進一步了解有關矩陣和載荷矢量耦合請參閱 《 ANSYS Theory Reference》 。 ?ANSYS/Professional軟件包只支持熱－電直接耦合 ?ANSYS/Emag軟件包只支持電磁場和電磁－電路直接耦合。 直接耦合場分析 耦合場分析 ANSYS講義 —— 劉恒 直接耦合場分析 分析類型 耦合方法 熱－結構 載荷矢量 (如使用了接觸單元則為矩陣 ) 磁－結構 載荷矢量 電－磁 矩陣 電－磁－熱－結構 載荷矢量 電－磁－熱 載荷矢量 壓電 矩陣 熱－壓力 矩陣和載荷矢量 速度－溫度－壓力 矩陣 壓力－結構 (聲學 ) 矩陣 熱－電 載荷矢量 磁－熱 載荷矢量 靜電－結構 載荷矢量 電磁－電路 矩陣 電－結構－電路 矩陣 表 42直接耦合場分析中用到的耦合方法 注意－在子結構分析中使用載荷矢量耦合方法的耦合場單元無效。在生成子結構的過程中，迭代解無效，所以， ANSYS程序忽略所有的載荷矢量和反饋耦合效應。 因為有時載荷矢量耦合場單元的非線性行為可能很嚴重，故需要用到預測器和線性搜索選項以加強收斂。 《 ANSY