ABAQUS热分析.pdf

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1、ABAQUS专题教程——热传导和热应力分析第一讲：固体热传导介绍概述•介绍•分析过程•材料热性质•ABAQUS/Standard中的热传导单元库•边界条件和载荷•稳态分析•瞬态分析•非线性分析介绍--ABAQUS主要是用来进行‘应力分析’的软件--但ABAQUS也有一个重要的特性：就是可以求解规模大的、复杂的和多组件模型的热传导问题。——热传导求解能力是从求解热应力问题中发展出来的介绍ABAQUS中的热传导特性--稳态响应--瞬态响应，包括自适应时间步长--全套热传导边界条件--材料属性（和载荷）可以是温度相关--热“接触”允许在“接触表面”有热流动--可以方便的将温度

2、场导入热应力分析中--特性•潜热项（由相变产生）•强制对流•应力-热传导耦合分析功能•热传导壳单元(沿厚度方向温度梯度)•空腔辐射(加热炉升温)功能介绍ABAQUS不能做什么——ABAQUS不是专业热传导分析软件•无流体分析•无自由对流•无浮力驱使流动•对热冲击问题无自适应网格划分•无逆传热分析介绍力平衡与能量守恒之间的类比--在应力分析中，ABAQUS求解力平衡方程:Mu’’=P–I--在热传导分析中，ABAQUS求解‘能率守恒’方程并确定温度的分布。rcq&=Q-Iq密度比热温度变化率外部热量内部热量介绍热传导分析中的基本物理量--温度Temperature单位℃-

3、-热能Heatàenergy单位J--热率Heatrateàpower单位J/torW--热流量Heatflux=Powerperunitarea单位J/t/L2--‘热传导率‘k,衡量物质中热量流动的能力单位J/T/L/℃:¶T热流量正比于热传导率和温度梯度:q=-k¶xTaQATbLT-TbaQ=qA=-kAL介绍--比热，衡量物质储存热的能力单位：J/M/℃QDt=rVcDq时间增量温度增量比热--一维热传导公式22¶q¶q1¶q¶qkrc=k=a=22¶t¶xa¶t¶xrc热扩散率介绍--类比StressHeatuqsqTTI=òbsdVI=òbqdVVVDKT

4、TòbDbdVòbKbdVVV分析过程•在ABAQUS/Standard中，热传导分析的执行是通过将几何体离散成扩散热传导单元，并且使用*HEATTRANSFER过程选项*HEATTRANSFERà瞬态分析(默认)*HEATTRANSFER,STEADYSTATEà稳态分析•在ABAQUS/Explicit中，没有单纯的热传导分析选项，然而可以进行全耦合的热-应力分析。•这个功能通过设定适当的边界条件，可以模拟纯热传导工程；•除空腔辐射和利用用户子程序定义的不均匀热载荷之外，其他在ABAQUS/Standard中可以使用的热属性，都可以用在Explicit中。材料热性质

5、定义•材料的热性质在inp中的*MATERIAL关键字定义热传导率：*CONDUCTIVITY，可以定义各向同性（默认）或各材料热性质定义向异性(正交或完全)用TYPE参数：*MATERIAL,NAME=MATERIAL-1*CONDUCTIVITY1.0*DENSITY1.0*SPECIFICHEAT1.0比热：*SPECIFICHEAT,--比热可以定义为随温度与场变量变化--大多数材料的比热随温度平稳变化密度：*DENSITY,--密度可以定义为随温度与场变量变化热传导单元定义•连续单元：ABAQUS中连续扩散热传导单元库包括:•一阶（线性）插值单元•二阶（抛物线

6、）单元•用于一维，二维，轴对称和三维应用几何，3D单元单元命名规则:DC3D20节点数连续体continuum扩散diffusion--这些单元节点的基本变量（自由度）是温度标量qABAQUS中用自由度11表示温度。节点温度输出变量为NT11.•点单元•热容单元HEATCAP模拟在一点的集中热容•热容可以是温度或场变量的函数•该单元可以在ABAQUS/Explicit中使用热传导单元定义•壳单元•一阶和二阶插值用于轴对称单元(DSAX1,DSAX2)和三维（DS3，DS4，DS6，DS8）应用的壳单元包含有单元库中。壳单元用于模拟承受热载荷的薄壁结构如:压力容器，管道系

7、统和金属片元件等。--单元在每个壳节点的厚度方向的多个点上提供了温度自由度，这样温度不仅随着壳的参考平面变化，也随厚度方向变化。nNT13NT12NT11--壳单元表面下方的温度自由度为11（输出变量为NT11）--在正表面的温度自由度为10+n,n为壳截面上使用截面点的数量--在单层（均质）壳中，截面点在厚度上均匀分布，默认为5个点--每层壳必须是奇数个截面点，这是由ABAQUS/standard在厚度上使用分段抛物线型插值方法决定的。热传导单元定义•复合材料壳单元t4材料1t3材料1多层复合材料热壳可以被构建每一层可以是不同厚度，不同