[發明專利]一種基于ANSYS?APDL語言開發的復雜熱環境下球形光學頭罩瞬態熱?結構耦合分析方法

有效

• 申請號: 201510412213.X
• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號: CN104951626B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 范志剛;薛文慧;王惠;陳婷;包春慧;解放;陳守謙;張旺
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

1.一種基于ANSYS-APDL語言開發的復雜熱環境下球形光學頭罩瞬態熱-結構耦合分析方法，其特征在于所述方法步驟如下：

一、基于APDL語言的任意球形光學頭罩有限元模型的建立

(1)依據分析的類型選定對應的有限元模型，在APDL中依靠命令ET進行有限元模型的定義，在所編寫的APDL語言中所采用的類型為plane13與solid 5；

(2)在選定有限元類型并進行定義后，進行仿真模型的建立過程，具體過程如下：依據球形頭罩的內外半徑r’與r以及頭罩頂端到底端的距離d三個幾何參數，進行球形頭罩計算模型的建立，在使用APDL語言建立部分圓環模型時，需要將頭罩頂端到底端的距離d轉化為部分圓環所對的圓心角θ，利用APDL中命令中PCIRC命令生成對應角度的計算模型；所述部分圓環所對的圓心角θ與頭罩頂端到底端的距離d的數學關系如下：

θ=arccos(r-dd);]]>

(3)通過編寫APDL命令對上述建立的部分圓環的四條邊界線進行網格大小以及網格劃分類型的控制，然后采用APDL中的AMESH命令劃分網格；

(4)在得到有限元模型后，通過APDL中VROTAT命令控制該模型繞坐標軸或是過兩個特定關鍵點的直線旋轉一定的度數，進而生成最終的有限元分析模型；

二、基于APDL語言的球形光學頭罩計算時間參數以及材料物理參數的確定

(1)在使用APDL進行計算時，需要對計算時間總長、計算時間步長、估計熔化時間、飛行時間間隔以及子載荷的步數進行合理的設定；

(2)使用APDL載入的頭罩光學晶體材料的物理特性參數包括：該材料的彈光系數、導熱系數、彈性模量、熱膨脹系數、屈服強度、熔點、切變彈性模量、o光折射率、e光折射率、o光熱光系數、e光熱光系數、比熱容、密度和泊松比；

(3)在得到以上所提的材料物理參數后，使用APDL對相應的物理量進行定義與輸入；

三、基于APDL語言的隨時間變化的熱流密度以及氣動壓力的換熱以及力邊界條件的加載

在對球形光學頭罩進行熱-結構耦合計算時需要輸入換熱與力邊界條件，在利用ANSYS對球形光學頭罩進行熱分析時，所加載的換熱邊界條件包括：頭罩外側氣流溫度、頭罩內側氣流溫度、頭罩內側對流換熱系數、頭罩外表面氣動熱流密度分布數據文件flux_out.dat、頭罩初始溫度和頭罩熱應力計算參考溫度；對應的力學邊界條件包括：頭罩內側均一分布氣壓以及頭罩外表面氣動壓力分布數據文件pres_out.dat；

四、基于APDL語言的求解控制以及結果后處理

在進行求解計算時，采用宏進行多層循環的控制，采用*if-then-else，*endif命令在每個載荷步進行之前比較計算所得的最大溫度與材料熔點的關系，來判斷此載荷步是否進行；采用*do，*enddo命令來控制循環的次數以及計算的時間總長；當計算達到時間總長時，循環結束，然后根據實際要求得到計算時間總長范圍內不同時刻的熱響應結果；

通過編寫APDL命令控制ANSYS通用后處理器，經過ANSYS求解后，對球形頭罩所有節點的溫度、熱應變、熱應力、熱形變數據按照要求的格式輸出數據文件。

2.根據權利要求1所述的基于ANSYS-APDL語言開發的復雜熱環境下球形光學頭罩瞬態熱-結構耦合分析方法，其特征在于所述步驟一中，按照要求精度的高低自由限制劃分網格的大小。

3.根據權利要求1所述的基于ANSYS-APDL語言開發的復雜熱環境下球形光學頭罩瞬態熱-結構耦合分析方法，其特征在于所述步驟一中，網格劃分類型采用二維平鋪式。

4.根據權利要求1所述的基于ANSYS-APDL語言開發的復雜熱環境下球形光學頭罩瞬態熱-結構耦合分析方法，其特征在于所述步驟一中，平面模型旋轉度數為360°。

5.根據權利要求1所述的基于ANSYS-APDL語言開發的復雜熱環境下球形光學頭罩瞬態熱-結構耦合分析方法，其特征在于所述步驟三中，所加熱流密度與氣動壓力隨時間變化。