[发明专利]床身流-热-固耦合有限元热特性分析模型的建模方法

权利要求书

1.一种床身流-热-固耦合有限元热特性分析模型的建模方法，其特征在于：首先建立床身流道中的冷却液真实几何模型，利用Ansys CFX软件并基于有限元法在充分考虑流动换热边界条件的基础上对冷却液在床身的流动过程进行流体仿真分析；其次通过采用流-热-固多物理场顺序耦合分析方法，将流体分析得到的换热系数结果传递至热分析模块中，同时考虑其他边界条件进行床身的温度分布求解；最后将床身的温度加载至结构静力学模型中，最终求解床身的热变形。

2.一种床身流-热-固耦合有限元热特性分析模型的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)结合理论计算和磨削加工工况下的实际冷却液覆盖情况的测绘结果，在床身几何模型的基础上建立冷却液的真实几何模型；

2)利用Ansys CFX软件并基于有限元法在考虑流动换热边界条件的基础上，对冷却液在床身上的流动过程进行流体分析，并求解冷却液流体与床身之间的换热系数；

3)建立床身的热分析模型，先将步骤2)中流体分析得到的换热系数传递至热分析模型中，再考虑其他边界条件进行床身的温度分布的求解；

4)建立床身的结构静立分析模型，将步骤3)中热分析模型中求得的床身温度加载至结构静力学模型中，再考虑其他边界条件进行求解床身的热变形，得到床身流-热-固耦合有限元热特性分析模型。

3.根据权利要求2所述的一种床身流-热-固耦合有限元热特性分析模型的建模方法，其特征在于，所述的步骤1)的具体流程为：

1.1)在三维造型软件中建立床身的几何模型；

1.2)冷却液在床身流道中的流体层平均厚度h

式中：Q为冷却液的流量；t为冷却液完全覆盖床身流道面所需的平均时间；S为床身流道面的面积；

1.3)根据实际磨削加工工况下冷却液在床身流道面的覆盖情况，对床身中的冷却液进行测绘，记录冷却液在流道面中分布较少和相对聚集区域的流体层厚度，作为冷却液几何模型的依据；

1.4)在ansys workbench中建立Geometry模块，在Geometry模块中以通用格式导入床身模型，再在床身流道面中建立冷却液几何模型。

4.根据权利要求2所述的一种床身流-热-固耦合有限元热特性分析模型的建模方法，其特征在于，所述的步骤2)的具体流程为：

2.1)在步骤1)的基础上，建立与Geometry模块相关联的Fluid Flow(CFX)流体分析模块，进行冷却液流动换热仿真分析；

2.2)在Fluid Flow(CFX)流体分析模块中，分别定义冷却液材料的热物理属性、划分非结构化网格并定义冷却液的边界条件。

5.根据权利要求2所述的一种床身流-热-固耦合有限元热特性分析模型的建模方法，其特征在于，所述的步骤3)的具体流程为：

3.1)在步骤2)的基础上，建立与Fluid Flow(CFX)流体分析模块相关联的Steady-State Thermal热分析模块，进行床身的温度场分析；

3.2)在Steady-State Thermal热分析模块中，分别定义床身材料的热物理属性、划分非结构化网格，定义热边界条件并将步骤2)中求解得到的对流换热系数添加至床身流道面中。

6.根据权利要求2所述的一种床身流-热-固耦合有限元热特性分析模型的建模方法，其特征在于，所述的步骤4)的具体流程为：

4.1)在步骤3)的基础上，建立与Steady-State Thermal热分析模块相关联的Static-Structural静力结构分析模块，进行床身的热变形分析；

4.2)在Static-Structural静力结构分析模块中，分别定义重力与约束条件，将步骤3)中求解得到的温度作为热载荷添加至床身中。