結構溫度場

結構溫度場是各時刻物體中各個結構溫度分布的總稱，反映了溫度在結構和時間上的分布。

基本介紹

• 中文名：結構溫度場
• 套用領域：熱力學分析

結構溫度場套用

在工程套用中，由於溫度場的變化，使結構產生膨脹或收縮，當結構受到約束時，產生溫度應力。而由於溫度應力的作用，對結構的強度、剛度產生一定的影響，有時甚至產生裂縫，從而降低結構的壽命。在土木工程中，溫度應力對道路、橋樑、隧道、廠房、高層建築等都有影響，因此分析溫度應力可以對結構採取控制措施，以防建築結構開裂。

開展氣動加熱與溫度場的耦合分析方法研究，是確定飛機結構的熱環境和進行熱結構設計的一個重要前提。美國從20世紀60年代至今，對氣動加熱引起的熱問題的研究，從早期的“軌道參數→氣動加熱→結構熱回響”的分步驟按次序計算，發展為“軌道參數/氣動加熱/溫度場/結構回響”一體化分析。

結構溫度場的計算

高溫作用下，材料性能受到不同程度的損傷，混凝土的強度和彈性模量隨溫度升高而降低，鋼筋雖有混凝土保護，強度也會降低.無論是進行高溫下和高溫後鋼筋混凝土材料的強度和變形規律研究，以及鋼筋混凝土構件和結構抗火性能的理論分析，還是計算構件和結構的高溫承載力和火災後剩餘承載力，都必須首先分析構件的截面溫度場.在火災中，鋼筋混凝土構件截面的溫度分布隨著時間發生變化，升溫曲線!構件截面形狀!材料的熱工性能等都會影響截面的溫度場.在確定結構溫度場時，一般可根據工程要求的計算精度採用如下幾種方法:簡化成穩態的和線性的一維或二維問題，求解析解;用有限元法或差分法，或二者結合的方法，編制電腦程式進行數值分析，有些通用的結構分析程式可以計算簡單的溫度場問題;製作足尺試件進行高溫試驗，加以實測;直接利用有關設計規程和手冊所提供的溫度場圖表或數據。

結構溫度場中抗高溫力學性能

（1）不均勻溫度——混凝土的導熱係數極低。結構受火後表面溫度迅速升高，但桿繫結構一般不考慮沿構件縱向的溫度不均勻性。決定截面溫度場的主要因素是火災溫度和持續時間，以及構件的形狀、尺寸和混凝土的熱工性能等。溫度場對結構的內力、變形和承載力等有很大影響。

（2）材料性能的嚴重惡化——高溫下，鋼筋和混凝土的強度和彈性模量降低很多，混凝土還出現開裂、邊角崩裂等現象，是構件的承載力和耐火極限嚴重下降的主要原因。

（3）應力－應變－溫度－時間的耦合本構關係——分析一般的常溫結構時，只需要材料的應力－應變本構關係。高溫結構的溫度值和持續時間對於材料的變形及強度值影響很大。

（4）截面應力和結構內力的重分布——截面的不均勻溫度場產生不等的溫度變形和截面應力重分布。超靜定結構因溫度變形受約束而發生內力重分布，改變了結構的破壞機構和破壞形態，影響了極限承載力。

結構溫度場的ansys分析步驟

有限元法是根據變分原理求解數學物理問題的數值方法。ansys作為大型通用有限元軟體在工程中有著廣泛的套用，它包括結構分析、熱分析、電磁場分析、流體動力學分析等等。ansys軟體有限元分析的主要流程包括以下步驟：

（1）按照工程問題，確定分析類型、單元類型、材料性質、幾何條件、力學條件、邊界條件；

（2）建立有限元實體模型，劃分格線、施加邊界條件與荷載條件；

（3）根據工程實際問題，進行求解設定並求解；

（4）分析計算結果。