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PLANE75 單元 說(shuō)明PLANE75用作軸對(duì)稱環(huán)單元，具有 3 維熱傳導(dǎo)能力。本單元有 4 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)自由度 – 溫度 TEMP。本單元是軸對(duì)稱單元 PLANE55 的推廣 – 允許非軸對(duì)稱載荷。不
PLANE75 單元 說(shuō)明

PLANE75用作軸對(duì)稱環(huán)單元，具有 3 維熱傳導(dǎo)能力。本單元有 4 個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有一個(gè)自由度 – 溫度 TEMP。本單元是軸對(duì)稱單元 PLANE55 的推廣 – 允許非軸對(duì)稱載荷。不同載荷情況在 剪切變形 (有非對(duì)稱載荷的軸對(duì)稱單元 ?) 中說(shuō)明。

本單元可以用于 2 維、軸對(duì)稱、穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)熱分析。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 PLANE75。如果含有本單元的模型也進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，需要用等價(jià)的結(jié)構(gòu)單元 (如 PLANE25) 替代本單元。類似的，有中間節(jié)點(diǎn)的單元是 PLANE78。

圖 75.1 PLANE75 單元幾何

PLANE75 輸入數(shù)據(jù)

在圖 75.1: "PLANE75 單元幾何" 中給出了這一軸對(duì)稱熱實(shí)體單元的幾何形狀，節(jié)點(diǎn)位置和坐標(biāo)系。輸入數(shù)據(jù)與 PLANE55 單元基本相同，見(jiàn) "PLANE55 Input Data"。本單元的輸入數(shù)據(jù)還包括諧波數(shù) (MODE) 和對(duì)稱條件 (ISYM)，用 MODE 命令輸入。如果 MODE = 0 且 ISYM = 1，本單元與軸對(duì)稱情況的 PLANE55類似。MODE 和 ISYM 參數(shù)說(shuō)明了溫度分布的類型，并在剪切變形 (有非對(duì)稱載荷的軸對(duì)稱單元 ?) 中討論。

單元載荷在 "節(jié)點(diǎn)和單元載荷" 中說(shuō)明。諧波變化的對(duì)流換熱或熱流密度 (二者不能同時(shí)) 可以作為單元邊界上的面載荷輸入，如圖 75.1: "PLANE75 單元幾何" 中帶圓圈數(shù)字所示。諧波變化的生熱率可以作為單元節(jié)點(diǎn)上的體載荷輸入。如果輸入了節(jié)點(diǎn) I 處的生熱率HG(I),但未給出其它節(jié)點(diǎn)處的生熱率，則默認(rèn)等于 HG(I)。

在 "PLANE75 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"。

PLANE75 輸入?yún)R總

節(jié)點(diǎn)

I, J, K, L

自由度

TEMP

實(shí)常數(shù)

無(wú)

材料性能

KXX, KYY, KZZ, DENS, C, ENTH

面載荷

對(duì)流換熱 -

邊 1 (J-I), 邊2 (K-J), 邊3 (L-K), 邊4 (I-L)

熱流密度 -

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)

諧波數(shù) – 由 MODE 命令輸入

載荷條件

由 MODE 命令 ISYM 選項(xiàng)輸入

1 – 對(duì)稱載荷

-1 – 反對(duì)稱載荷

求解能力

生死單元

關(guān)鍵選項(xiàng)

無(wú)

PLANE75 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)溫度。

? 附加的單元輸出，見(jiàn) 表 75.1 "PLANE75 單元輸出定義"。

對(duì)流熱流以流出單元為正。施加的熱流以流入單元為正。單元輸出的方向平行于單元坐標(biāo)系。側(cè)面面積和熱流密度都是對(duì)整個(gè) 360°圓周的。關(guān)于諧波單元的更多信息見(jiàn) 有非軸對(duì)稱載荷的軸對(duì)稱單元。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，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 75.1 PLANE75 單元輸出定義

名稱

定 義

O

R

EL

單元號(hào)

Y

Y

NODES

節(jié)點(diǎn)- 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

3

HGEN

生熱率HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)

Y

-

MODE

載荷諧波數(shù)

Y

-

TG:X, Y, SUM, Z

單元中心處的溫度梯度分量和矢量和 (X 和 Y)

1

1

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 (X 和 Y)

1

1

FACE

側(cè)面標(biāo)記

2

-

NODES

側(cè)面節(jié)點(diǎn)

2

-

AREA

側(cè)面面積

2

2

TAVG, TBULK

兩端節(jié)點(diǎn)溫度平均值，液體介質(zhì)溫度，都在峰值點(diǎn)計(jì)算

2

2

HEAT RATE

由對(duì)流產(chǎn)生的穿過(guò)邊界的熱流率

2

2

HEAT RATE/AREA

由對(duì)流產(chǎn)生的穿過(guò)邊界的單位面積熱流率

2

-

HFAVG

邊界的平均膜系數(shù)

-

2

TBAVG

邊界的平均介質(zhì)溫度

-

2

HFLXAVG

由輸入熱流產(chǎn)生的穿過(guò)邊界的單位面積熱流率

-

2

HFLUX

邊界各節(jié)點(diǎn)的熱流密度

2

-

注解：

1 梯度和熱流峰值所在角度為 THETA = 0 和 THETA = 90 ÷ MODE；

2 僅在有面載荷輸入時(shí)輸出；

3 僅用于 *GET 命令，給出單元中心處結(jié)果。

表 75.2 "PLANE75 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 75.2 "PLANE75 輸出項(xiàng)和序列號(hào)" 中使用如下標(biāo)識(shí)符：

Name

與表 75.1: "PLANE75 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 條邊輸出項(xiàng)的序列號(hào)。

表 75.2 PLANE75 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

PLANE75 假設(shè)和限制

· 單元的面積必須非負(fù)和非零；

· 對(duì)于軸對(duì)稱問(wèn)題，本單元必須位于總體坐標(biāo)的X-Y 平面中，總體 Y 軸必須是對(duì)稱軸，如 圖 75.1 "PLANE75 單元幾何" 所示。

· 軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)必須在 +X 象限中建模；

· 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")；

·如果將這一熱單元替換為有表面應(yīng)力的結(jié)構(gòu)單元 (PLANE25)，本熱單元的方向應(yīng)該使 IJ 邊 ( 以及KL 邊 – 如果節(jié)點(diǎn) K 和 L 不相同) 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。

·假定溫度相關(guān)材料特性(包括膜系數(shù))是軸對(duì)稱的，即使溫度是諧波分布。

·如果 MODE = 0，材料特性按上一子步得到的溫度進(jìn)行計(jì)算 (或?qū)Φ谝徊?，?TUNIF 計(jì)算)；

·如果 MODE > 0，材料特性按上一MODE = 0 子步得到的溫度進(jìn)行計(jì)算；如果不存在 MODE = 0 的子步，則按零角度的溫度計(jì)算。