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PLANE77 單元說明PLANE77 是 2 維 4 節點熱單元 (PLANE55) 的高階版本。每個節點只有一個自由度 – 溫度。8 節點單元具有一致的溫度形函數，可以較好地適應具有曲線邊界的模型。這一 8 節點熱單元適用于
PLANE77 單元說明

PLANE77 是 2 維 4 節點熱單元 (PLANE55) 的高階版本。每個節點只有一個自由度 – 溫度。8 節點單元具有一致的溫度形函數，可以較好地適應具有曲線邊界的模型。

這一 8 節點熱單元適用于 2 維，穩態或瞬態熱分析。關于本單元的更多細節見 ANSYS 公司理論手冊 中的PLANE77。如果包含熱單元的模型還要用于結構分析，應該用等價的結構單元CAE，有限元分析 (如 PLANE82) 替換本單元。能夠承受非軸對稱載荷的軸對稱單元是 PLANE75。

圖 77.1 PLANE77 單元幾何

PLANE77 輸入數據

在圖 77.1: "PLANE77 單元幾何" 中給出了本單元的幾何形狀，節點位置和坐標系。單元由 8 個節點以及正交異性材料特性所定義。將節點 K, L 和 O 定義為同一節點，可以得到三角形單元。正交異性材料的方向與單元坐標系相同。單元坐標系的方向在 坐標系 中說明。對于穩態分析，忽略比熱和密度。未輸入的材料特性其默認值在 線性材料特性 中說明。

單元載荷在 "節點和單元載荷" 中說明。對流換熱或熱流密度 (二者不能同時) 以及熱輻射可以作為單元邊界上的面載荷輸入，如圖 77.1: "PLANE77 單元幾何" 中帶圓圈數字所示。 生熱率可以作為單元節點上的體載荷輸入。如果輸入了節點 I 處的生熱率HG(I),但未給出其它節點處的生熱率，則默認等于 HG(I)。如果輸入了所有角節點處的生熱率，各中間節點的生熱率默認為相鄰角節點生熱率的平均值。

在 "PLANE77 輸入匯總"中給出了本單元輸入數據的匯總。關于本單元輸入數據的一般說明，見 "單元輸入"。對于軸對稱情況見 軸對稱單元。

PLANE77 輸入匯總

節點

I, J, K, L, M, N, O, P

自由度

TEMP

實常數

無

材料性能

KXX, KYY, DENS, C, ENTH

面載荷

對流換熱或熱流密度 (二者不同時) 和熱輻射 -

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), HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)

求解能力

生死單元

關鍵選項

KEYOPT(1) – 如何計算膜 (對流換熱) 系數

0 – 一致膜系數矩陣；

1 –對角線膜系數矩陣；

KEYOPT(3) - 單元行為:

0 – 平面

1 – 軸對稱

PLANE77 輸出數據

與單元有關的結果輸出有兩種形式：

? 包括在整個節點解中的節點位移。

? 附加的單元輸出，見表 77.1 "PLANE77 單元輸出定義"。

單元輸出的方向平行于單元坐標系。對于軸對稱分析，側面面積和熱流密度都是對整個 360°圓周的。對流熱流以流出單元為正。施加的熱流以流入單元為正。在 "結果輸出" 中給出了對于結果輸出的一般說明。查看的方法見 "ANSYS 基本分析指南"。
單元輸出定義表使用如下標記:

在名稱列中的冒號 (：) 表示該項可以用分量名方法 [ETABLE, ESOL] 處理；O 列表示該項可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示該項可用于結果文件。

無論 O列或 R 列，Y 表示該項總是可用的，一個數字表示表的一個注解,其中說明了使用該項的條件；而減號 "-" 表示該項不可用。

表 77.1 PLANE77 單元輸出定義

名稱

定 義

O

R

EL

單元號

Y

Y

NODES

節點- I, J, K, L, M, N, O, P

Y

Y

MAT

材料號

Y

Y

VOLU

體積

Y

Y

XC,YC

結果輸出點位置

Y

2

HGEN

生熱率HG(I), HG(J), HG(K), HG(L) , HG(M), HG(N), HG(O), HG(P)

Y

-

TG:X, Y, SUM

單元中心處的溫度梯度分量和矢量和

Y

Y

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

Y

Y

FACE

側面標記

1

1

NODES

側面節點

1

1

AREA

側面面積

1

1

HFILM

側面各節點的膜系數 (對流換熱系數)

1

-

TAVG

側面平均溫度

1

1

TBULK

側面各節點的流體體積溫度

1

-

HEAT RATE

對流造成的側面熱流率

1

1

HEAT RATE/AREA

對流造成的側面每單位面積的熱流率

1

-

HFAVG

側面的平均膜系數 (對流換熱系數)

-

1

TBAVG

側面平均介質溫度

-

1

HFLXAVG

由輸入熱流造成的側面每單位面積的熱流率

-

1

HFLUX

側面各節點的熱流

1

-

注解：

1 只在輸入過面載荷時輸出；

2 只能用于單元中心并作為 *GET 命令的一項。

表 77.2 "PLANE77 輸出項和序列號" 列出了可以通過 ETABLE 命令,采用序列號方法輸出的內容列表。更多信息見 "ANSYS 基本分析指南" 中 一般后處理 (POST1) 部分和本手冊中關于 "輸出項和序列號表" 部分。在表 77.2 "PLANE77 輸出項和序列號" 中使用如下標識符：

Name

與表 77.1: "PLANE77 單元輸出定義" 中相同定義的輸出量；

Item

用于 ETABLE 命令的預先定義的輸出項；

FCn

單元第 n 條邊的輸出項的序列號。

表 77.2 PLANE77 輸出項和序列號

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

PLANE77 假設和限制

·單元面積必須是正的；

·如圖 77.1 "PLANE77 單元幾何" 所示，本單元必須位于總體坐標的X-Y 平面中。對于軸對稱分析，Y 軸必須是對稱軸。

·軸對稱結構必須在 +X 部分建模；

·刪除某邊的中間節點，意味著沿該邊的溫度呈線性變化，而不再是拋物線變化的。關于中間節點的使用，見 ANSYS 建模和分網指南 中的 二次單元 (中間節點)；

·在各積分點處計算比熱和焓，從而允許對劇烈的變化 (如熔化) 采用較粗的網格；

·如果將這一熱單元替換為有表面應力的結構單元 (PLANE82)，本熱單元的方向應該使 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，又沒有邊界約束) 假設為絕熱的；

·具有較小的積分時間步長和嚴重的表面熱梯度的瞬態熱問題要求該表面劃分精細的網格。