Meshfree方法在瞬态热力学分析中的应用及与Workbench对比分析

Meshfree在推出新版本之时,笔者果断申请了meshfree的试用,不失所望,笔者发现了更多的功能。笔者近期在做疲劳的研究,惊喜的是,meshfree也加入了疲劳分析的模块,虽然在材料和算法上还比较基础,但是终究实现了这一模块,让笔者倍感欣慰,并对meshfree和无网格技术的未来充满了期望。

进入正题,上次笔者试用某无网格软件进行了简单构件的热交换分析,本次笔者依旧进行简单构件的热力学分析。本文所用模型及分析结果仅用于meshfree软件的学习和交流,如果有任何疑问欢迎各位读者交流指正。


  • 计算机硬件

CPU:I7-8565U

内存:8GB  硬盘:250G SSD

显卡:英伟达MX150

系统:Windows 10家庭版



  • 模型以及材料定义

铝制散热片,导入文件为STP格式,meshfree的文件导入界面以及分析定义界面简洁明了:

基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图2

基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图3

                            Fig1 操作界面

基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图4  

铝制散热片实体模型



Meshfree的材料库非常丰富,常见的材料以及相关的参数都有定义,本次热分析所需的热参数也在材料参数有定义。

基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图5

3 材料定义



  • 求解设置

1.固定温度载荷

固定温度属于传热分析中的载荷。本次分析中散热片选取左侧面为固定温度施加面,温度函数定义、温度加载面选取以及定义如下:

基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图6

4 固定温度施加



基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图7

5 温度时间函数



2.热对流设置

固体表面与固体内部之间的热交换,属于瞬态热力学分析中的边界条件。本次分析的环境温度为28度,热对流系数为30W/m2 *℃,边界条件的选取以及参数的设定如图所示:

基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图8

6 热对流定义



完成设置之后便可以直接进行运行分析,对时间步的设置如图,分析时间为30s,时间步为30步,内存选用4GB,计算完成时间为120s。

基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图9

7 时间步设置



基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图10

8 计算时间



  • 计算结果

计算完成之后便可以在分析结果中查看。

基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图11

9 温度云图


可以看到,散热片整体的温度在70-90度之间,最大最小值位置如上图所示。

取某一节点查看温度变化曲线,温度变化曲线以及列表值如图所示:

基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图12

10 节点温度变化曲线

基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图13

ANSYS Workbench分析

为了与传统有限元分析进行对比,本次分析还选用了ANSYS workbench16.1版本进行分析对比,网格尺寸设置为5mm,其他设置略去不表,结果如图所示:


基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图15

                 

 基于meshfree的瞬态热力学分析以及与workbench对比的图16

  • 两者分析对比

在网格精度较大的情况下,且认为ANSYS workbench求得的结果为精确解,meshfree求得的温度场和ANSYS workbench求得的解误差较小,温度分布趋势一致,节点处的温度变化曲线也一致,而节点处的温度随时间变化有较大误差。

但是meshfree在进行设置以及求解的过程较为简单,简单明了,方便上手。

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