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PLANE67 单元说明PLANE67 具有热和导电能力。热平衡中也包含了由电流产生的焦耳热。本单元有 4 各节点，每个节点两个自由度：温度和电压。本单元用于 2 维 (平面或轴对称) 稳态或瞬态热分析，但是不包括瞬态电容和电感作用。在热分
PLANE67 单元说明

PLANE67 具有热和导电能力。热平衡中也包含了由电流产生的焦耳热。本单元有 4 各节点，每个节点两个自由度：温度和电压。

本单元用于 2 维 (平面或轴对称) 稳态或瞬态热分析，但是不包括瞬态电容和电感作用。在热分析时，CAE，有限元分析本单元需要迭代求解以包括焦耳热作用。关于本单元的更多细节见 ANSYS 公司理论手册 中的PLANE67。如果不存在电作用，可以使用热实体单元 PLANE55。

如果包含热- 电单元的模型需要进行结构分析，CAE，有限元分析应该用等价的结构单元(如 PLANE42) 替换本单元。也可以使用热-电壳元 SHELL157，与 PLANE67 相配合。

图 67.1 PLANE67 单元几何

PLANE67 输入数据

在图 67.1: "PLANE67 单元几何" 中给出了本单元的几何形状，节点位置和坐标系。单元定义包括 4 个节点和正交异性材料特性。正交异性材料的方向与单元坐标系相同。单元坐标系的方向在 坐标系 中说明。对于稳态问题，比热和密度可以任意赋值。材料性能中的 RSV_ 为材料的电阻系数。和其它材料性能一样，电阻系数也可以是温度的函数。未输入的材料性能其默认值与 线性材料特性中相同。

在 D 命令中将 Lab 变量设置为 VOLT，可以输入电压值。在 F 命令中将 Lab 变量设置为 AMPS，可以输入流入节点的电流值。

单元载荷在 "节点和单元载荷" 中说明。对流热流或热流密度 (二者不能同时) 及热辐射可以作为单元边界上的面载荷输入，如图 67.1: "PLANE67 单元几何" 中带圆圈数字所示。

生热率可以作为单元节点处的体载荷。如果输入节点 I 处的生热率 HG(I)，但不给出其它节点处的生热率，则默认等于 HG(I)。生热率叠加到由电流产生的焦耳热上。

在 "PLANE67 输入汇总"中给出了本单元输入数据的汇总。关于本单元输入数据的一般说明，见 "单元输入"。对于轴对称问题见 轴对称单元。

PLANE67 输入汇总

节点

I, J, K, L

自由度

TEMP, VOLT

实常数

无

材料性能

KXX, KYY, DENS, C, ENTH, RSVX, RSVY

面载荷

对流换热或热流密度 (二者不同时) 及热辐射 (标识符 Lab = RDSF) -

边 1 (J-I), 边 2 (K-J), 边 3 (L-K), 边4 (I-L)

体载荷

生热率 -

HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)

求解能力

对于电-热耦合问题需要迭代求解

生死单元

关键选项

KEYOPT(3) – 单元行为：

0 – 平面

1 – 轴对称

KEYOPT(4) – 膜系数计算方法

0 – 按平均膜温度 (TS + TB)/2 计算膜系数

1 – 按单元表面温度 TS 计算膜系数

2 - 按流体体积温度 TB 计算膜系数

3 - 按温差 |TS - TB| 计算膜系数

PLANE67 输出数据
与单元有关的结果输出有两种形式：

• 包括在整个节点解中的节点位移。

• 附加的单元输出，见 表 67.1 "PLANE67 单元输出定义"。
热流以流出单元为正。单元输出的方向平行于单元坐标系。流入节点的热流和电流可以用 OUTPR 命令打印输出。当前子步产生的焦耳热用来计算下一子步的温度分布。对于轴对称单元得体积量的输出，和其它量一样，也是对整个 360°圆周的。在 "结果输出" 中给出了对于结果输出的一般说明。查看的方法见 "ANSYS 基本分析指南"。
单元输出定义表使用如下标记:

在名称列中的冒号 (：) 表示该项可以用分量名方法 [ETABLE, ESOL] 处理；O 列表示该项可用于 Jobname.OUT 文件；R 列表示该项可用于结果文件。

无论 O列或 R 列，Y 表示该项总是可用的，一个数字表示表的一个注解,其中说明了使用该项的条件；而减号 "-" 表示该项不可用。

表 67.1 PLANE67 单元输出定义

名称

定 义

O

R

EL

单元号

Y

Y

NODES

节点号 - I, J, K, L

Y

Y

MAT

材料号

Y

Y

VOLU

体积

Y

Y

XC,YC

结果输出点位置

Y

2

HGEN

生热率 HG(I), HG(J), HG(K), HG(L)

Y

Y

TG:X, Y, SUM

单元中心处的热梯度分量和矢量和

Y

Y

TF:X, Y, SUM

单元中心处热流密度 (热流率/截面积) 分量和矢量和

Y

Y

EF:X, Y, SUM

分量电流场和矢量和

Y

Y

JS:X, Y

分量电流密度

Y

Y

JSSUM

分量电流矢量和

Y

Y

JHEAT:

单位体积产生的焦耳热

Y

Y

FACE

侧边标记

1

1

AREA

侧边面积

1

1

NODES

侧边节点

1

1

HFILM

侧边各节点处的膜系数

1

TBULK

侧边各节点处的介质温度

1

TAVG

侧边平均温度

1

1

HEAT RATE

透过侧边由对流产生的热流率

1

1

HEAT RATE/AREA

透过侧边由对流产生的单位面积热流率

1

HFAVG

侧边的平均膜系数

1

TBAVG

侧边的平均介质温度

1

HFLXAVG

透过侧边由对流产生的单位面积热流率

1

HFLUX

侧边各节点处的热流密度

1

注解：

1 如果输入了面载荷；

2 只能用于单元中心并作为 *GET 命令的一项。

表 67.2 "PLANE67 输出项和序列号" 列出了可以通过 ETABLE 命令,采用序列号方法输出的内容列表。更多信息见 "ANSYS 基本分析指南" 中 一般后处理 (POST1) 部分和本手册中关于 "输出项和序列号表" 部分。在表 67.2 "PLANE67 输出项和序列号" 中使用如下标识符：

Name

与表 67.1: "PLANE67 单元输出定义" 中相同定义的输出量；

Item

用于 ETABLE 命令的预先定义的输出项；

FCn

单元第 n 条边的输出项的序列号。

表 67.2 PLANE67 输出项和序列号

输出量名称

ETABLE 和 ESOL 命令输入

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

PLANE67 假设和限制

·单元不能有负的或零面积；

·如图 67.1 "PLANE67 单元几何" 所示，本单元必须位于总体坐标的X-Y 平面中。对于轴对称问题，Y 轴必须是对称轴；

·对于轴对称问题，结构模型必须在 +X 部分；

·如果定义节点号 K 和 L 相同，可以形成三角形单元 (见 "三角形、金字塔形和四面体单元")；

·在各积分点处计算比热和焓，从而允许对剧烈的变化 (如熔化) 采用较粗的网格；

·如果需要将本热-电单元替换为有表面应力的结构单元 PLANE42，本热-电单元的方向应该使 IJ 边和/或者 KL 边为自由表面。单元的自由表面 (既不与其它单元相邻，又没有边界约束) 假设为绝热的；

·具有较小的积分时间步长和严重的表面热梯度的瞬态热问题要求该表面划分精细的网格。

·如果 KEYOPT(8) > 0, 将产生不对称矩阵。

·电流和热流必须在同一平面中；如果同一节点既指定电压又指定电流，则忽略电流。

·电和热的求解通过一个迭代程序进行耦合；

·电热单位和机械热单位之间不进行转换；

·电阻系数可以除以一个转换因子 (如 3.415 Btu/Hr per Watt) 以得到机械单位的焦耳热；为使单位一致，电流也必须转换；

·当所用单位一致时，无需进行转换；