PLANE67 單元說(shuō)明PLANE67 具有熱和導(dǎo)電能力。熱平衡中也包含了由電流產(chǎn)生的焦耳熱。本單元有 4 各節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)兩個(gè)自由度：溫度和電壓。本單元用于 2 維 (平面或軸對(duì)稱) 穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)熱分析，但是不包括瞬態(tài)電容和電感作用。在熱分
PLANE67 單元說(shuō)明
PLANE67 具有熱和導(dǎo)電能力。熱平衡中也包含了由電流產(chǎn)生的焦耳熱。本單元有 4 各節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)兩個(gè)自由度：溫度和電壓。
本單元用于 2 維 (平面或軸對(duì)稱) 穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)熱分析，但是不包括瞬態(tài)電容和電感作用。在熱分析時(shí)，CAE，有限元分析本單元需要迭代求解以包括焦耳熱作用。關(guān)于本單元的更多細(xì)節(jié)見(jiàn) ANSYS 公司理論手冊(cè) 中的PLANE67。如果不存在電作用，可以使用熱實(shí)體單元 PLANE55。
如果包含熱- 電單元的模型需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，CAE，有限元分析應(yīng)該用等價(jià)的結(jié)構(gòu)單元(如 PLANE42) 替換本單元。也可以使用熱-電殼元 SHELL157，與 PLANE67 相配合。
圖 67.1 PLANE67 單元幾何
PLANE67 輸入數(shù)據(jù)
在圖 67.1: "PLANE67 單元幾何" 中給出了本單元的幾何形狀，節(jié)點(diǎn)位置和坐標(biāo)系。單元定義包括 4 個(gè)節(jié)點(diǎn)和正交異性材料特性。正交異性材料的方向與單元坐標(biāo)系相同。單元坐標(biāo)系的方向在 坐標(biāo)系 中說(shuō)明。對(duì)于穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，比熱和密度可以任意賦值。材料性能中的 RSV_ 為材料的電阻系數(shù)。和其它材料性能一樣，電阻系數(shù)也可以是溫度的函數(shù)。未輸入的材料性能其默認(rèn)值與 線性材料特性中相同。
在 D 命令中將 Lab 變量設(shè)置為 VOLT，可以輸入電壓值。在 F 命令中將 Lab 變量設(shè)置為 AMPS，可以輸入流入節(jié)點(diǎn)的電流值。
單元載荷在 "節(jié)點(diǎn)和單元載荷" 中說(shuō)明。對(duì)流熱流或熱流密度 (二者不能同時(shí)) 及熱輻射可以作為單元邊界上的面載荷輸入，如圖 67.1: "PLANE67 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(diǎn)處的體載荷。如果輸入節(jié)點(diǎn) I 處的生熱率 HG(I)，但不給出其它節(jié)點(diǎn)處的生熱率，則默認(rèn)等于 HG(I)。生熱率疊加到由電流產(chǎn)生的焦耳熱上。
在 "PLANE67 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(shuō)明，見(jiàn) "單元輸入"。對(duì)于軸對(duì)稱問(wèn)題見(jiàn) 軸對(duì)稱單元。
PLANE67 輸入?yún)R總
節(jié)點(diǎn)
I, J, K, L
自由度
TEMP, VOLT
實(shí)常數(shù)
無(wú)
材料性能
KXX, KYY, DENS, C, ENTH, RSVX, RSVY
面載荷
對(duì)流換熱或熱流密度 (二者不同時(shí)) 及熱輻射 (標(biāo)識(shí)符 Lab = RDSF) -
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)
求解能力
對(duì)于電-熱耦合問(wèn)題需要迭代求解
生死單元
關(guān)鍵選項(xiàng)
KEYOPT(3) – 單元行為：
0 – 平面
1 – 軸對(duì)稱
KEYOPT(4) – 膜系數(shù)計(jì)算方法
0 – 按平均膜溫度 (TS + TB)/2 計(jì)算膜系數(shù)
1 – 按單元表面溫度 TS 計(jì)算膜系數(shù)
2 - 按流體體積溫度 TB 計(jì)算膜系數(shù)
3 - 按溫差 |TS - TB| 計(jì)算膜系數(shù)
PLANE67 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(gè)節(jié)點(diǎn)解中的節(jié)點(diǎn)位移。
? 附加的單元輸出，見(jiàn) 表 67.1 "PLANE67 單元輸出定義"。
熱流以流出單元為正。單元輸出的方向平行于單元坐標(biāo)系。流入節(jié)點(diǎn)的熱流和電流可以用 OUTPR 命令打印輸出。當(dāng)前子步產(chǎn)生的焦耳熱用來(lái)計(jì)算下一子步的溫度分布。對(duì)于軸對(duì)稱單元得體積量的輸出，和其它量一樣，也是對(duì)整個(gè) 360°圓周的。在 "結(jié)果輸出" 中給出了對(duì)于結(jié)果輸出的一般說(shuō)明。查看的方法見(jiàn) "ANSYS 基本分析指南"。
單元輸出定義表使用如下標(biāo)記:
在名稱列中的冒號(hào) (：) 表示該項(xiàng)可以用分量名方法 [ETABLE, ESOL] 處理；O 列表示該項(xiàng)可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示該項(xiàng)可用于結(jié)果文件。
無(wú)論 O列或 R 列，Y 表示該項(xiàng)總是可用的，一個(gè)數(shù)字表示表的一個(gè)注解,其中說(shuō)明了使用該項(xiàng)的條件；而減號(hào) "-" 表示該項(xiàng)不可用。
表 67.1 PLANE67 單元輸出定義
名稱
定 義
O
R
EL
單元號(hào)
Y
Y
NODES
節(jié)點(diǎn)號(hào) - I, J, K, L
Y
Y
MAT
材料號(hào)
Y
Y
VOLU
體積
Y
Y
XC,YC
結(jié)果輸出點(diǎn)位置
Y
2
HGEN
生熱率 HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)
Y
Y
TG:X, Y, SUM
單元中心處的熱梯度分量和矢量和
Y
Y
TF:X, Y, SUM
單元中心處熱流密度 (熱流率/截面積) 分量和矢量和
Y
Y
EF:X, Y, SUM
分量電流場(chǎng)和矢量和
Y
Y
JS:X, Y
分量電流密度
Y
Y
JSSUM
分量電流矢量和
Y
Y
JHEAT:
單位體積產(chǎn)生的焦耳熱
Y
Y
FACE
側(cè)邊標(biāo)記
1
1
AREA
側(cè)邊面積
1
1
NODES
側(cè)邊節(jié)點(diǎn)
1
1
HFILM
側(cè)邊各節(jié)點(diǎn)處的膜系數(shù)
1
TBULK
側(cè)邊各節(jié)點(diǎn)處的介質(zhì)溫度
1
TAVG
側(cè)邊平均溫度
1
1
HEAT RATE
透過(guò)側(cè)邊由對(duì)流產(chǎn)生的熱流率
1
1
HEAT RATE/AREA
透過(guò)側(cè)邊由對(duì)流產(chǎn)生的單位面積熱流率
1
HFAVG
側(cè)邊的平均膜系數(shù)
1
TBAVG
側(cè)邊的平均介質(zhì)溫度
1
HFLXAVG
透過(guò)側(cè)邊由對(duì)流產(chǎn)生的單位面積熱流率
1
HFLUX
側(cè)邊各節(jié)點(diǎn)處的熱流密度
1
注解：
1 如果輸入了面載荷；
2 只能用于單元中心并作為 *GET 命令的一項(xiàng)。
表 67.2 "PLANE67 輸出項(xiàng)和序列號(hào)" 列出了可以通過(guò) ETABLE 命令,采用序列號(hào)方法輸出的內(nèi)容列表。更多信息見(jiàn) "ANSYS 基本分析指南" 中 一般后處理 (POST1) 部分和本手冊(cè)中關(guān)于 "輸出項(xiàng)和序列號(hào)表" 部分。在表 67.2 "PLANE67 輸出項(xiàng)和序列號(hào)" 中使用如下標(biāo)識(shí)符：
Name
與表 67.1: "PLANE67 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(xiàng)；
FCn
單元第 n 條邊的輸出項(xiàng)的序列號(hào)。
表 67.2 PLANE67 輸出項(xiàng)和序列號(hào)
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
PLANE67 假設(shè)和限制
·單元不能有負(fù)的或零面積；
·如圖 67.1 "PLANE67 單元幾何" 所示，本單元必須位于總體坐標(biāo)的X-Y 平面中。對(duì)于軸對(duì)稱問(wèn)題，Y 軸必須是對(duì)稱軸；
·對(duì)于軸對(duì)稱問(wèn)題，結(jié)構(gòu)模型必須在 +X 部分；
·如果定義節(jié)點(diǎn)號(hào) K 和 L 相同，可以形成三角形單元 (見(jiàn) "三角形、金字塔形和四面體單元")；
·在各積分點(diǎn)處計(jì)算比熱和焓，從而允許對(duì)劇烈的變化 (如熔化) 采用較粗的網(wǎng)格；
·如果需要將本熱-電單元替換為有表面應(yīng)力的結(jié)構(gòu)單元 PLANE42，本熱-電單元的方向應(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(méi)有邊界約束) 假設(shè)為絕熱的；
·具有較小的積分時(shí)間步長(zhǎng)和嚴(yán)重的表面熱梯度的瞬態(tài)熱問(wèn)題要求該表面劃分精細(xì)的網(wǎng)格。
·如果 KEYOPT(8) > 0, 將產(chǎn)生不對(duì)稱矩陣。
·電流和熱流必須在同一平面中；如果同一節(jié)點(diǎn)既指定電壓又指定電流，則忽略電流。
·電和熱的求解通過(guò)一個(gè)迭代程序進(jìn)行耦合；
·電熱單位和機(jī)械熱單位之間不進(jìn)行轉(zhuǎn)換；
·電阻系數(shù)可以除以一個(gè)轉(zhuǎn)換因子 (如 3.415 Btu/Hr per Watt) 以得到機(jī)械單位的焦耳熱；為使單位一致，電流也必須轉(zhuǎn)換；
·當(dāng)所用單位一致時(shí)，無(wú)需進(jìn)行轉(zhuǎn)換； |
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