使用 SOLIDWORKS Simulation 进行热应力分析

文章来源：SOLIDWORKS代理商-卓盛信息

当您设计产品时，准确分析不同的温度以确保模型的稳定性非常重要。热应力分析是指测量随温度变化而发生的应变、应力和变形的静态分析。SOLIDWORKS Simulation使您能够测试从静态和动态响应到传热的多种条件。在这篇文章中，我们使用不锈钢速溶锅来说明如何正确利用热应力分析功能来提高耐温性。正版SOLIDWORKS

均匀热载荷与非均匀热载荷

在分析热效应引起的应力时，了解热载荷（加热或冷却）是均匀还是非均匀非常重要。如果温度均匀，即模型中各处温度相同，您可以直接应用静态算例中“外部载荷”下列出的“温度”。SOLIDWORKS Simulation Premium中提供了此功能。与首先在SOLIDWORKS Simulation Professional中设置热算例，然后导入热算例结果以运行另一个静态算例的两步方法相比，它也是一种更快的方法。江苏SOLIDWORKS

在这两种情况下，必须在研究属性中指定零应变时的参考温度。还必须指定材料的平均热膨胀系数。

然而，如果整个模型中的温度分布预计会发生变化，则需要进行热研究，而不是静态研究。此外，如果在评估温度分布时要考虑对流、传导或辐射等热效应，则需要在静态研究之前进行热研究。热研究结果需要导入到静态研究中，以确定此类热条件产生的应力或位移。热应力分析可以基于稳态或瞬态热研究。SOLIDWORKS价格

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热分析

在物联网 (IoT) 时代，热应力分析正在成为产品设计不可或缺的一部分。为了说明这一点，我对不锈钢高压锅 Instant Pot 进行了应力和分布分析。它位于支持蓝牙的电压力锅的主外壳内。Instant Pot 用户知道，它的烹饪速度提高了 2 至 10 倍。

进行瞬态热研究是为了找出达到所需最高温度和稳态温度所需的时间。加热元件的最高温度为 245° 华氏度。根据材料和介质的不同，烹饪锅外表面的对流系数定义为450 W/m 2 K，烹饪锅内表面的对流系数定义为40W/m 2 K。请注意，模型并未按比例绘制，对流系数的任意值用于说明目的。购买SOLIDWORKS

瞬态研究显示内锅底面的稳态温度为 239 华氏度，并在五分钟内达到最高温度。由于内锅具有凸形形状，并且加热元件被建模为平坦表面，因此内锅的外缘加热得更快。 

接触区域中的热传递使用 0 K/W 的粘合型热接触电阻来定义，即内部烹饪锅和加热元件之间的热传导。SOLIDWORKS官网

为了评估热负荷引起的烹饪锅应力，创建了线性静态研究。施加 11.5 psi 的内部压力来模拟速溶锅内部的压力。瞬态热研究最后一步的结果被导入到静态研究中。为加热元件和烹饪锅定义了所需的固定装置。正版SOLIDWORKS

静态分析表明，压力和热负荷在与加热元件直接接触的烹饪锅底部外表面产生的最大应力为121.7Mpa。内表面显示应力为87Mpa。评估的应力完全在材料的屈服强度范围内。江苏SOLIDWORKS

弯曲底面的最大位移为0.35mm，并且拉伸了凸形。如果需要优化烹饪锅的加热时间或重量或拓扑以获得更高的效率，从热应力分析获得的信息非常有用。使用 SOLIDWORKS Simulation 工具可帮助您缩短产品开发时间并比以往更快地进行创新。

一如以往，谢谢阅读，快乐阳光！——SOLIDWORKS代理商（SOLIDWORKS 2023）

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