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简介
本书是讲述通用有限元程序ANSYS 12．0在热分析工程领域中应用的学
习教程，全书内容分为两篇(ANSYS 12．0热分析理论基础篇和ANSYS 12．0
热分析工程应用实例解析篇)，共15章，主要包括ANSYS 12．0热分析简介、
热分析基础知识、稳态热分析、瞬态热分析、辐射热分析、相变分析、热应
力分析、流体热分析、热分析高级应用等内容。
本书按照深入浅出的原则，通过图形用户界面(GUI)和命令流方式对众
多不同的工程应用问题进行了详细讲解。本书汇集了大量热分析工程应用实
例，主要特色是通过“提示”的形式为读者提供了大量的分析方法和技巧。
本书适用于ANSYS软件的初、中级用户，致力于提高读者应用有限元法
和ANSYS解决工程实际问题的能力；也可作为理工科院校相关专业的高年级
本科生、研究生及教师学习ANSYS软件的教材。
目录
第1篇 ANSYS12.0热分析理论基础
Chapter 1 概述
1.1 ANSYS12.0简介
1.1.1.ANSYS12.0发展过程
1.1.2 ANSYS12.0技术特点
1.1.3 ANSYS12.0使用环境
1.1.4 ANSYS12.0程序功能
1.1.5 ANSYS12.0创新之处
1.1.6 ANSYS12.0文件系统
1.2 ANSYS12.0基本操作
1.2.1 ANSYS12.0启动与设置
1.2.2 ANSYS12.0用户界面
1.2.3 退出.ANSYS12.0
1.3.ANSYS12.0热分析
1.3.1 ANSYS12.0热分析概述
1.3.2 ANSYS12.0热分析基本原理
1.4 ANSYS12.0耦合场分析
1.4.1 直接耦合法
1.4.2 间接耦合法
1.4.3 几何模型修正技巧——布尔操作
1.4.4 图形显示设置技巧——字体设置与窗口显示
1.4.5 结果文件输出技巧——图形复制与输出
1.4.6 生成动画文件技巧——动画文件的生成与存储
Chapter 2 热分析基础知识
2.1 热分析符号与单位
2.2 传热学经典理论
2.3.3 种基本热传递方式
2.3.1 热传导
2.3.2 热对流
2.3.3 热辐射
2.4 热分析材料基本属性
2.4.1 比热容(SpecificHeat)
2.4.2 焓(Enthalpy)
2.4.3 生热率(Heat GenerationRate)
2.5 边界条件与初始条件
2.5.1 三类边界条件
2.5.2 初始条件
2.6 热载荷
2.7 稳态与瞬态热分析
2.7.1 稳态传热
2.7.2 瞬态传热
2.8 线性与非线性热分析
Chapter 3 稳态热分析
3.1 稳态热分析的应用
3.2 热分析单元
3.3 稳态热分析基本步骤
3.3.1 建立有限元模型
3.3.2 施加载荷
3.3.3 求解
3.3.4 后处理
Chapter 4 瞬态热分析
4.1 瞬态热分析的应用
4.2 瞬态热分析基本步骤
4.2.1 建立有限元模型
4.2.2 施加载荷计算
4.2.3 求解
4.2.4 后处理
Chapter 5 辐射热分析
5.1 辐射热分析的应用
5.2 辐射热分析常用单元
5.3 辐射热分析基本概念
5.3.1 黑体
5.3.2 灰体
5.3.3 角系数
5.4.热辐射公式
5.4.1 角系数的计算
5.4.2 热辐射计算方程
5.5 辐射热分析求解方法
5.5.1 非隐藏法与隐藏法
5.5.2 点一点问题
5.5.3 点一面问题
5.5.4.面一面问题及AUX12矩阵生成器
5.6 空间节点的使用
Chapter 6 相变分析
6.1 相变分析简介
6.2 相变分析应注意的问题
Chapter 7 热应力分析
7.1 热应力分析简介
7.2 热应力分析单元
7.2.1 直接法进行热应力分析单元
7.2.2 间接法进行热应力分析单元
7.3热应力分析基本步骤
7.3.1 直接法进行热应力分析基本步骤
7.3.2 间接法进行热应力分析基本步骤
Chapter 8 流体热分析
8.1 FLOTRAN热分析简介
8.1.1 FLOTRAN热分析的功能
8.1.2 FLOTRAN热分析的基本要求
8.2 FLOTRAN热分析求解
8.2.1 FLOTRAN热分析求解内容
8.2.2 FLORAN热分析方法
8.2.3 FLOTRAN热分析的基本步骤
第2篇 ANSYS12.0热分析工程应用实例解析
Chapter 9 稳态热分析实例详解
9.1 实例1短圆柱体的热传导过程
9.1.1 短圆柱体热传导描述
9.1.2 短圆柱体热传导分析
9.1.3 2D建模求解步骤
9.1.4 3D建模求解步骤
9.2 实例2长空心圆柱体的热传导过程
9.2.1 长空心圆柱体热传导描述
9.2.2 长空心圆柱体热传导分析
9.2.3 求解步骤
9.3 实例3保温筒的对流传热过程
9.3.1 保温筒对流传热描述
9.3.2 保温筒对流传热分析
9.3.3 求解步骤
9.4 实例4高温炉炉壁的热传导过程
9.4.1 高温炉炉壁的热传导描述
9.4.2 高温炉炉壁的热传导分析
9.4.3 求解步骤
9.5 实例5自适应网格法分析矩形截面梁对流传热过程
9.5.1 矩形截面梁对流传热描述
9.5.2 矩形截面梁对流传热分析
9.5.3 求解步骤
9.6 实例6长圆柱体圆周受谐响应热载荷
9.6.1 圆周受谐响应热载荷描述
9.6.2 圆周受谐响应热载荷分析
9.6.3 求解步骤
9.7 实例7导管和罐体结合处的稳态热分析
9.7.1 结合处稳态热描述
9.7.2 结合处稳态热分析
9.7.3 求解步骤
9.8 实例8热电冷却器工作分析
9.8.1 热电冷却器工作描述
9.8.2 热电冷却器工作分析
9.8.3 求解步骤
Chapter 10 瞬态热分析实例详解
10.1 实例1钢球瞬态传热过程分析
10.1.1 钢球瞬态传热描述与分析
10.1.2 求解步骤
10.2 实例2型材瞬态传热过程分析
10.2.1 型材瞬态传热描述
10.2.2 型材瞬态传热分析
10.2.3 求解步骤
10.3 实例3平板承受热载荷
10.3.1 平板承受热载荷描述
10.3.2 平板承受热载荷分析
10.3.3 求解步骤
10.4 实例4半无限大体受线性变化的温度载荷
10.4.1 线性变化的温度载荷描述
10.4.2 线性变化的温度载荷分析
10.4.3 求解步骤
10.5 实例5高温铜导线冷却过程分析
10.5.1 冷却过程描述
10.5.2 冷却过程分析
10.5.3 求解步骤
10.6 实例6带轮淬火过程分析
10.6.1 淬火过程描述
10.6.2 淬火过程分析
10.6.3 求解步骤
Chapter 11 辐射热分析实例详解
11.1 实例1黑体辐射
11.1.1 黑体辐射描述
11.1.2 黑体辐射分析
11.1.3 求解步骤
11.2 实例2等轴同心圆柱面的辐射传热
11.2.1 圆柱面辐射传热描述
11.2.2 圆柱面辐射传热分析
11.2.3 求解步骤
11.3 实例3等轴同心圆柱体的辐射传热
11.3.1 圆柱体辐射传热描述
11.3.2 圆柱体辐射传热分析
11.3.3 求解步骤
11.4 实例4型钢的热辐射过程
11.4.1 型钢热辐射描述
11.4.2 型钢热辐射分析
11.4.3 求解步骤
Chapter 12 相变分析实例详解
12.1 实例1水结冰过程分析
12.1.1 水结冰过程描述
12.1.2 水结冰过程分析
12.1.3 求解步骤
12.2 实例2冰融化过程分析
12.2.1 冰融化过程描述
12.2.2 冰融化过程分析
12.2.3 求解步骤
12.3 实例3铸造过程热分析
12.3.1 铸造过程热描述
12.3.2 铸造过程热分析
12.3.3 求解步骤
Chapter 13 热应力分析实例详解
13.1 实例1圆筒内部热应力分析
13.1.1 内部热应力描述
13.1.2 内部热应力分析
13.1.3 间接法求解步骤
13.1.4 直接法求解步骤
13.2 实例2冷却栅管的热应力分析
13.2.1 冷却栅管热应力描述
13.2.2 冷却栅管热应力分析
13.2.3 求解步骤
13.3 实例3两个无限长平板热膨胀分析
13.3.1 平板热膨胀描述
13.3.2 平板热膨胀分析
13.3.3 求解步骤
13.4 实例4包含焊缝的金属板热膨胀分析
13.4..1 金属板热膨胀描述
13.4.2 金属板热膨胀分析
13.4.3 求解步骤
13.5 实例5连杆热应力分析
13.5.1 连杆热应力描述
13.5.2 连杆热应力分析
13.5.3 求解步骤
13.6 实例6热喷涂过程中熔滴在基体表面沉积凝固后的残余应力分析
13.6.1 表面沉积残余应力描述
13.6.2 表面沉积残余应力分析
13.6.3 求解步骤
13.7 实例7滑块滑动摩擦生热分析
13.7.1 摩擦生热描述
13.7.2 摩擦生热分析
13.7.3 求解步骤
13.8 实例8长纤维增强复合材料梁热膨胀分析
13.8.1 复合材料梁热膨胀描述
13.8.2 复合材料梁热膨胀分析
13.8.3 求解步骤
Chapter 14 FLOTRAN热分析实例详解
14.1 实例1层流流体受均匀壁面热通量
14.1.1 流体受均匀壁面热通量描述
14.1.2 流体受均匀壁面热通量分析
14.1.3求解步骤
14.2 实例2空腔中空气的热稳态层流分析
14.2.1 空腔中空气热稳态描述
14.2.2 空腔中空气热稳态分析
14.2.3 求解步骤
Chapter 15 ANSYS热分析高级应用实例
15.1 实例1二维焊接分析(单元生死实例)
15.2 实例2移动温度载荷分析
15.3 实例3流固耦合分析
Appendix附录
附录A：固体的比热容
附录B：液体的比热容
附录C：材料线的膨胀系数
附录D：常见材料的导热系数
Chapter 1 概述
1.1 ANSYS12.0简介
1.1.1.ANSYS12.0发展过程
1.1.2 ANSYS12.0技术特点
1.1.3 ANSYS12.0使用环境
1.1.4 ANSYS12.0程序功能
1.1.5 ANSYS12.0创新之处
1.1.6 ANSYS12.0文件系统
1.2 ANSYS12.0基本操作
1.2.1 ANSYS12.0启动与设置
1.2.2 ANSYS12.0用户界面
1.2.3 退出.ANSYS12.0
1.3.ANSYS12.0热分析
1.3.1 ANSYS12.0热分析概述
1.3.2 ANSYS12.0热分析基本原理
1.4 ANSYS12.0耦合场分析
1.4.1 直接耦合法
1.4.2 间接耦合法
1.4.3 几何模型修正技巧——布尔操作
1.4.4 图形显示设置技巧——字体设置与窗口显示
1.4.5 结果文件输出技巧——图形复制与输出
1.4.6 生成动画文件技巧——动画文件的生成与存储
Chapter 2 热分析基础知识
2.1 热分析符号与单位
2.2 传热学经典理论
2.3.3 种基本热传递方式
2.3.1 热传导
2.3.2 热对流
2.3.3 热辐射
2.4 热分析材料基本属性
2.4.1 比热容(SpecificHeat)
2.4.2 焓(Enthalpy)
2.4.3 生热率(Heat GenerationRate)
2.5 边界条件与初始条件
2.5.1 三类边界条件
2.5.2 初始条件
2.6 热载荷
2.7 稳态与瞬态热分析
2.7.1 稳态传热
2.7.2 瞬态传热
2.8 线性与非线性热分析
Chapter 3 稳态热分析
3.1 稳态热分析的应用
3.2 热分析单元
3.3 稳态热分析基本步骤
3.3.1 建立有限元模型
3.3.2 施加载荷
3.3.3 求解
3.3.4 后处理
Chapter 4 瞬态热分析
4.1 瞬态热分析的应用
4.2 瞬态热分析基本步骤
4.2.1 建立有限元模型
4.2.2 施加载荷计算
4.2.3 求解
4.2.4 后处理
Chapter 5 辐射热分析
5.1 辐射热分析的应用
5.2 辐射热分析常用单元
5.3 辐射热分析基本概念
5.3.1 黑体
5.3.2 灰体
5.3.3 角系数
5.4.热辐射公式
5.4.1 角系数的计算
5.4.2 热辐射计算方程
5.5 辐射热分析求解方法
5.5.1 非隐藏法与隐藏法
5.5.2 点一点问题
5.5.3 点一面问题
5.5.4.面一面问题及AUX12矩阵生成器
5.6 空间节点的使用
Chapter 6 相变分析
6.1 相变分析简介
6.2 相变分析应注意的问题
Chapter 7 热应力分析
7.1 热应力分析简介
7.2 热应力分析单元
7.2.1 直接法进行热应力分析单元
7.2.2 间接法进行热应力分析单元
7.3热应力分析基本步骤
7.3.1 直接法进行热应力分析基本步骤
7.3.2 间接法进行热应力分析基本步骤
Chapter 8 流体热分析
8.1 FLOTRAN热分析简介
8.1.1 FLOTRAN热分析的功能
8.1.2 FLOTRAN热分析的基本要求
8.2 FLOTRAN热分析求解
8.2.1 FLOTRAN热分析求解内容
8.2.2 FLORAN热分析方法
8.2.3 FLOTRAN热分析的基本步骤
第2篇 ANSYS12.0热分析工程应用实例解析
Chapter 9 稳态热分析实例详解
9.1 实例1短圆柱体的热传导过程
9.1.1 短圆柱体热传导描述
9.1.2 短圆柱体热传导分析
9.1.3 2D建模求解步骤
9.1.4 3D建模求解步骤
9.2 实例2长空心圆柱体的热传导过程
9.2.1 长空心圆柱体热传导描述
9.2.2 长空心圆柱体热传导分析
9.2.3 求解步骤
9.3 实例3保温筒的对流传热过程
9.3.1 保温筒对流传热描述
9.3.2 保温筒对流传热分析
9.3.3 求解步骤
9.4 实例4高温炉炉壁的热传导过程
9.4.1 高温炉炉壁的热传导描述
9.4.2 高温炉炉壁的热传导分析
9.4.3 求解步骤
9.5 实例5自适应网格法分析矩形截面梁对流传热过程
9.5.1 矩形截面梁对流传热描述
9.5.2 矩形截面梁对流传热分析
9.5.3 求解步骤
9.6 实例6长圆柱体圆周受谐响应热载荷
9.6.1 圆周受谐响应热载荷描述
9.6.2 圆周受谐响应热载荷分析
9.6.3 求解步骤
9.7 实例7导管和罐体结合处的稳态热分析
9.7.1 结合处稳态热描述
9.7.2 结合处稳态热分析
9.7.3 求解步骤
9.8 实例8热电冷却器工作分析
9.8.1 热电冷却器工作描述
9.8.2 热电冷却器工作分析
9.8.3 求解步骤
Chapter 10 瞬态热分析实例详解
10.1 实例1钢球瞬态传热过程分析
10.1.1 钢球瞬态传热描述与分析
10.1.2 求解步骤
10.2 实例2型材瞬态传热过程分析
10.2.1 型材瞬态传热描述
10.2.2 型材瞬态传热分析
10.2.3 求解步骤
10.3 实例3平板承受热载荷
10.3.1 平板承受热载荷描述
10.3.2 平板承受热载荷分析
10.3.3 求解步骤
10.4 实例4半无限大体受线性变化的温度载荷
10.4.1 线性变化的温度载荷描述
10.4.2 线性变化的温度载荷分析
10.4.3 求解步骤
10.5 实例5高温铜导线冷却过程分析
10.5.1 冷却过程描述
10.5.2 冷却过程分析
10.5.3 求解步骤
10.6 实例6带轮淬火过程分析
10.6.1 淬火过程描述
10.6.2 淬火过程分析
10.6.3 求解步骤
Chapter 11 辐射热分析实例详解
11.1 实例1黑体辐射
11.1.1 黑体辐射描述
11.1.2 黑体辐射分析
11.1.3 求解步骤
11.2 实例2等轴同心圆柱面的辐射传热
11.2.1 圆柱面辐射传热描述
11.2.2 圆柱面辐射传热分析
11.2.3 求解步骤
11.3 实例3等轴同心圆柱体的辐射传热
11.3.1 圆柱体辐射传热描述
11.3.2 圆柱体辐射传热分析
11.3.3 求解步骤
11.4 实例4型钢的热辐射过程
11.4.1 型钢热辐射描述
11.4.2 型钢热辐射分析
11.4.3 求解步骤
Chapter 12 相变分析实例详解
12.1 实例1水结冰过程分析
12.1.1 水结冰过程描述
12.1.2 水结冰过程分析
12.1.3 求解步骤
12.2 实例2冰融化过程分析
12.2.1 冰融化过程描述
12.2.2 冰融化过程分析
12.2.3 求解步骤
12.3 实例3铸造过程热分析
12.3.1 铸造过程热描述
12.3.2 铸造过程热分析
12.3.3 求解步骤
Chapter 13 热应力分析实例详解
13.1 实例1圆筒内部热应力分析
13.1.1 内部热应力描述
13.1.2 内部热应力分析
13.1.3 间接法求解步骤
13.1.4 直接法求解步骤
13.2 实例2冷却栅管的热应力分析
13.2.1 冷却栅管热应力描述
13.2.2 冷却栅管热应力分析
13.2.3 求解步骤
13.3 实例3两个无限长平板热膨胀分析
13.3.1 平板热膨胀描述
13.3.2 平板热膨胀分析
13.3.3 求解步骤
13.4 实例4包含焊缝的金属板热膨胀分析
13.4..1 金属板热膨胀描述
13.4.2 金属板热膨胀分析
13.4.3 求解步骤
13.5 实例5连杆热应力分析
13.5.1 连杆热应力描述
13.5.2 连杆热应力分析
13.5.3 求解步骤
13.6 实例6热喷涂过程中熔滴在基体表面沉积凝固后的残余应力分析
13.6.1 表面沉积残余应力描述
13.6.2 表面沉积残余应力分析
13.6.3 求解步骤
13.7 实例7滑块滑动摩擦生热分析
13.7.1 摩擦生热描述
13.7.2 摩擦生热分析
13.7.3 求解步骤
13.8 实例8长纤维增强复合材料梁热膨胀分析
13.8.1 复合材料梁热膨胀描述
13.8.2 复合材料梁热膨胀分析
13.8.3 求解步骤
Chapter 14 FLOTRAN热分析实例详解
14.1 实例1层流流体受均匀壁面热通量
14.1.1 流体受均匀壁面热通量描述
14.1.2 流体受均匀壁面热通量分析
14.1.3求解步骤
14.2 实例2空腔中空气的热稳态层流分析
14.2.1 空腔中空气热稳态描述
14.2.2 空腔中空气热稳态分析
14.2.3 求解步骤
Chapter 15 ANSYS热分析高级应用实例
15.1 实例1二维焊接分析(单元生死实例)
15.2 实例2移动温度载荷分析
15.3 实例3流固耦合分析
Appendix附录
附录A：固体的比热容
附录B：液体的比热容
附录C：材料线的膨胀系数
附录D：常见材料的导热系数
ANSYS 12.0热分析工程应用实战手册
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