ABAQUS热传导与热应力分析

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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

2、面”有热流动--可以方便的将温度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。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

3、的基本物理量--温度Temperature单位℃--热能Heatenergy单位J--热率Heatratepower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/℃:热流量正比于热传导率和温度梯度:TaTbALQ介绍--比热，衡量物质储存热的能力单位：J/M/℃时间增量温度增量比热--一维热传导公式热扩散率介绍--类比StressHeat分析过程在ABAQUS/Standard中，热传导分析的执行是通过将几何体

4、离散成扩散热传导单元，并且使用*HEATTRANSFER过程选项*HEATTRANSFER瞬态分析(默认)*HEATTRANSFER,STEADYSTATE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。材料热性质定义材料的热性质在inp中的*MATERIAL关键字定义*M

5、ATERIAL,NAME=MATERIAL-1*CONDUCTIVITY1.0*DENSITY1.0*SPECIFICHEAT1.0热传导率：*CONDUCTIVITY，可以定义各向同性（默认）或各向异性(正交或完全)用TYPE参数：*CONDUCTIVITY,TYPE=ISO

6、ORTHO

7、ANISO--热传导率可以是温度的函数，这样就成了一个非线性问题。--热传导率也可以是任意数量预设的场变量的函数--预设场变量相关的材料性质不会涉及非线性，ABAQUS使用简单的插值方法确定材料性质。例如:*CONDUCTIVITY

8、,DEPENDENCIES=163.0,20,16070.5,200,200…*INITIALCONDITIOINS,TYPE=FIELD,VAR=1NALL,160…*STEP…*FIELD,VARIABLE=1,AMPLITUDE=TIMEVARNALL,180…*ENDSTEP材料热性质定义温度场变量设置包括的预设场变量数量比热：*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：AB

9、AQUS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）单元用于一维，二维，轴对称和三维应用单元命名规则:DC3D20扩散diffusion连续体continuum节点数几何，3D单元--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

10、，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，管道系统和金属片元件等。热传导单元定义--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