16.3.3  GUI操作步骤

16.3.3 GUI操作步骤

1.定义分析文件名

执行Utility Menu＞File＞Change Jobname命令，在弹出的对话框中输入Casting_Part，单击OK按钮。

2.定义单元类型

执行Main Menu＞Preprocesor＞Element Type＞Add/Edit/Delete命令，在弹出的Element Types对话框中单击Add…按钮，在弹出的对话框中选择Thermal Solid，Brick 8node 70，八节点三维六面体单元，然后单击OK按钮，单击单元增添对话框中的Close按钮，关闭单元增添对话框。

3.定义砂模和铸钢的材料属性

（1）定义砂模的材料属性

1）定义砂模的密度：执行Main Menu＞Preprocessor＞Material Props＞Material Models命令，在弹出的对话框中，默认材料编号1，选择对话框右侧的Thermal＞Density选项，在对话框中输入0.054，单击OK按钮。

2）定义砂模的热传导系数：选择对话框右侧的Thermal＞Conductivity＞Isotropic选项，在弹出的对话框中输入导热系数KXX0.025，单击OK按钮。

3）定义砂模的比热容：选择对话框右侧的Thermal＞Specific Heat选项，在弹出的对话框中输入比热容0.28，单击OK按钮。

（2）定义铸钢的材料属性

1）定义铸钢与温度相关的热传导参数：选择材料属性对话框中Material＞New Model选项，在弹出的对话框中单击OK按钮。选中材料2，单击对话框右侧Thermal＞Conductivity＞Isotropic选项，在弹出的如图16-16所示的对话框中单击ADD Temperature按钮，增加温度到T4，按照图16-16所示输入材料参数，单击对话框右下角的Graph按钮，铸钢热传导参数随温度变化曲线如图16-17所示。

图16-16 Conductivity for Material Number2对话框

图16-17 铸钢热传导参数温度变化曲线

2）定义铸钢与温度相关的焓参数：选择材料属性对话框对话框右侧的Thermal＞Con-ductivity＞Enthalpy选项，在弹出的如图16-18所示的对话框左下角单击ADD Temperature按钮，增加温度到T4，按照图16-16所示输入材料参数，单击对话框右下角的Graph按钮，铸钢焓随温度变化曲线如图16-19所示，单击OK按钮。完成以上操作后关闭材料属性定义对话框。

图16-18 铸钢焓参数输入对话框

图16-19 铸钢焓参数温度变化曲线

4.建立几何模型

1）执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Cylinder＞ByDimensions命令，在弹出的对话框中，在RAD1、RAD2、Z1、Z2、THETA1、THETA2中分别输入6、2、0、3、-15、15，单击OK按钮，如图16-20所示。

2）执行Utility Menu＞Work Plane＞Display Working Plane命令，执行Utility Menu＞Work Plane＞Offset WP by Increments命令，在弹出如图16-21所示的对话框中，在X、Y、Z Off-sets中输入4，按＜Enter＞键确认，单击OK按钮，关闭坐标系平移对话框。

3）执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Cylinder＞By Dimensions命令，在弹出的对话框中，在RAD1、AD2、Z1、Z2、THETA1、THETA2中分别输入0.5、0、0、3、0、360，单击OK按钮。执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Boooleans＞Subtract＞Volumes命令，在Min、Max、Inc中输入1后按＜Enter＞键，单击OK按钮。在弹出的对话框中，在Min、Max、Inc中输入2后按＜Enter＞键，单击OK按钮。

4）执行Utility Menu＞WorkPlane＞Offset WP to＞Global Origin命令，执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Create＞Volumes＞Cylinder＞By Dimensions命令，在弹出的对话框中，在RAD1、RAD2、Z1、Z2、THETA1、THETA2中分别输入8、0、-2、5、-15、15，单击OK按钮。

图16-20 Create Cylinder by Dimensions对话框

图16-21 工作坐标系平移对话框

5.布尔操作

执行Main Menu＞Preprocessor＞Modeling＞Operate＞Boooleans＞Overlap＞Volumes命令，在弹出的对话框中，单击Pick All按钮。建立的几何模型如图16-22所示。

6.设置单元密度

执行Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Size Cntrls＞Manualsize＞Global＞Size命令，在弹出的对话框中，在element edge length框中输入0.35，单击OK按钮。

7.附于材料属性

1）设置砂模属性：执行Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞Picked Volumes命令，在Min、Max、Inc中，输入2后按＜Enter＞键，单击OK按钮，在弹出的对话框中的MAT和TYPE中选择1和1 SOLID70。

2）设置保温层属性：执行Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh Attributes＞Picked Volumes命令，在Min，Max，Inc中，输入3后按＜Enter＞键，单击OK按钮，在弹出的对话框中的MAT和TYPE中选择2和1 SOLID70。

8.划分单元

执行Main Menu＞Preprocessor＞Meshing＞Mesh＞Volumes＞Free命令，单击“Pick All”按钮；有限元模型如图16-23所示。当出现警告提示对话框时，关闭该对话框。

图16-22 几何模型

图16-23 有限元模型

9.施加初始温度

1）对砂模施加初始温度：执行Utility Menu＞Select Entities命令，弹出如图16-24所示的对话框，执行Elements、By Attributes、Material num命令，在Min、Max、Inc中输入1，单击Apply按钮；执行Nodes Attached to、Elements、From Full命令，单击OK按钮，如图16-25所示。

图16-24 单元选择对话框

图16-25 节点选择对话框

执行Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Initial Condit’n＞Define命令，单击Pick All按钮，弹出如图16-26所示的对话框，在Lab中选择TEMP选项，在VALUE中输入2875，单击OK按钮。

图16-26 初始温度施加对话框

2）对铸钢施加初始温度：执行Utility Menu＞Select Entities命令，在弹出的对话框中，执行Ele-ments、By Attributes、Material num命令，在Min、Max、Inc中输入2，单击Apply按钮；执行Nodes Attached to、Elements、From Full命令，单击OK按钮。

执行Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Initial Condit’n＞Define命令，单击“Pick All”按钮，在弹出的对话框中，在Lab中选择TEMP选项，在VALUE中输入80，单击OK按钮。

10.在顶面施加对流载荷

执行Utility Menu＞Select＞Everything命令。执行Utility Menu＞Plot＞Areas命令，执行Main Menu＞Solution＞Define Loads＞Apply＞Thermal＞Convection＞On Areas命令，在Min、Max、Inc中输入1，2，1后按＜Enter＞键，输入7后按＜Enter＞键，单击OK按钮。在弹出的对话框中，在VALI中输入0.014，在VAL2I中输入80，单击OK按钮。(https://www.daowen.com)

11.设置求解选项

1）执行Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞New Analysis命令，在弹出的对话框中，选择Transient选项，单击OK按钮，在弹出的对话框中接受默认设置，单击OK按钮。

2）执行Main Menu＞Preprocessor＞Loads＞Load Step Opts＞Time/Frequenc＞Time-Time Step命令，在弹出的对话框中的TIME中输入0.25，在DELTIM中输入0.01，在DELTIM中的Minmum time step size输入0.01，在DELTIM中的Maxmum time step size输入0.01，在KBC中选择Stepped选项，在AUTOTS中选择ON选项，单击OK按钮。

12.温度偏移量设置

执行Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Analysis Options命令，在弹出对话框中的TOFFST中输入460。

13.输出控制对话框

执行Main Menu＞Solution＞Analysis Type＞Sol’n Controls命令，在弹出的对话框中，在Frequency中选择Write every substep选项，单击OK按钮。

14.存盘

执行Utility Menu＞Select＞Everything命令，单击ANSYS Toolbar中的SAVE_DB按钮。

15.求解

执行Main Menu＞Solution＞Solve＞Current LS命令，进行计算。

16.显示15min后温度场分布云图

1）显示砂模温度场分布云图：执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Window Controls＞Window Options命令，在弹出的对话框中，在INF0中选择Legend ON选项，单击OK按钮。

执行Main Menu＞General Postproc＞Read Results＞Last Set命令，读最后一个子步的分析结果，执行Utility Menu＞Select Entities命令，在弹出的对话框中，选择Elements＞By Attrib-utes＞Material num命令，在Min、Max、Inc中输入1，单击Apply按钮；选择Nodes Attached to＞Elements＞From Full命令，单击OK按钮。

执行Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu命令，在弹出的对话框中，选择DOF solution和Nodal Temperature选项，单击OK按钮。温度分布云图如图16-27所示。

图16-27 砂模的温度分布云图

执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Style＞Symmetry Expansion＞User Specified Expansion命令，在弹出的对话框中的/EXPAND 1st Expansion of Symmetry中输入9，在DY中输入30，在Type中选择Polor选项，单击OK按钮。扩展的温度分布云图如图16-28所示。

图16-28 砂模的扩展的温度分布云图

2）显示零件温度场分布云图：执行Utility Menu＞Select Entities命令，在弹出的对话框中，执行Elements＞By Attributes＞Material num命令，在Min，Max，Inc中输入2，单击Ap-ply按钮；执行Nodes Attached to＞Elements＞From Full命令，单击OK按钮。

执行Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu命令，在弹出的对话框中，选择DOF solution和Nodal Temperature选项，单击OK按钮。零件的扩展的温度分布云图如图16-29所示。

图16-29 零件的扩展的温度分布云图

执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Style＞Symmetry Expansion＞No Expansion命令。执行Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Contour Plot＞Nodal Solu命令，在弹出的对话框中，选择DOF solution和Temperature TEMP选项，单击OK按钮。零件温度分布云图如图16-30所示。

图16-30 零件的温度分布云图

17.显示15min沿零件内壁温度分布

1）定义径向路径：执行Main Menu＞Preprocessor＞Path Operations＞Define Path＞By Nodes命令，用鼠标拾取Y=0，X=2∗cos150的所有节点，单击OK按钮，在弹出的对话框中的Name中输入TR，单击OK按钮。

2）将温度场分析结果映射到路径上：执行Main Menu＞General Postproc＞Path Opera-tions＞Map onto Path命令，在弹出的对话框中的Lab中输入TR，在Rem、Comp Item tobe mapped中选择DOF solution和Temperature TEMP选项，单击OK按钮。

3）显示沿路径温度分布曲线：执行Main Menu＞General Postproc＞Path Operations＞Plot Path Item＞On Graph命令，在弹出的对话框中的Lab1-6中选择TR选项，单击OK按钮。曲线图如图16-31所示。

4）显示沿路径温度分布云图：执行Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Plot Path Item＞On Geometry命令，在弹出的对话框中的Item，Path items to be mapped中选择TR选项，单击OK按钮。

执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Window Controls＞Window Options命令，在弹出的对话框中的INF0中选择Legend ON选项，单击OK按钮。沿路径温度分布云图如图16-32所示。

18.显示零件的某些节点在铸造过程中温度随时间变化曲线图

1）显示如图16-33所示的顶面4个节点温度随时间变化曲线图，执行Main Menu＞TimeHistory在弹出的对话框中单击图标，在弹出的对话框中，选择Nodal Solution＞DOF Solution＞Nodal Temperature选项，单击OK按钮。在弹出的对话框中，在Min、Max、Inc中输入210后按＜Enter＞键确认，单击OK按钮。重复以上操作，选择599、592、20号节点。

图16-31 15min零件内壁沿高度方向温度分布曲线

图16-32 15min零件内壁沿高度方向温度分布云图

2）执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Style＞Graphs＞Modify Axes命令，在弹出的对话框中，在/AXLAB中分别输入TIME和TEMPERATURE，在/XRANGE中选择Specified range选项，在XMIN和XMAX中输入0和0.25，单击OK按钮。按住＜Ctrl＞键，选择TEMP_2到TEMP_5，单击图标，曲线图如图16-34所示。

19.生成零件铸造过程动画

执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Animate＞Over Results命令，在弹出的对话框中的Display Type中的左侧选中DOF so-lution选项，在右侧选择Temperature TEMP选项，在Auto contour scaling中设置ON，单击OK按钮，在放映的过程中，执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Animate＞Save Animation命令，可存储动画，当观看完结果时可单击对话框中的Close按钮，结束动画放映。

图16-33 所要显示节点的示意图

图16-34 零件某些位置节点温度随时间变化曲线图

20.显示6s零件状态

1）执行Main Menu＞General Postproc＞Read Results＞First Set命令，读第一个子步的分析结果，执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Style＞Contours＞Non_uniform Contours命令，弹出如图16-35所示的对话框，在对话框V1、V2和V3中分别输入0、2643、2767，单击OK按钮。

2）执行Utility Menu＞PlotCtrls＞Style＞Symmetry Expansion＞User Specified Expansion命令，在弹出的对话框中的/EXPAND 1st Expansion of Symmetry中输入9，在DY中输入30，在Type中选择Polor选项，单击OK按钮。

3）执行Main Menu＞General Postproc＞Plot Results＞Con tour Plot＞Nodal Solu命令，选择DOF solution和Temperature TEMP选项，然后单击OK按钮。温度分布云图如图16-36所示。从图中可见，里面的酱紫色的区域为没有凝固的区域，外面绿色的区域为凝固的区域（由于图书为黑白印刷，具体颜色结合电子资源参考学习）。

21.退出ANSYS

单击ANSYS Toolbar中的QUIT按钮，选择Quit No Save！选项后单击OK按钮。

图16-35 Non-uniform Contours对话框

图16-36 6s后温度场分布云图