ABAQUS热分析
Abaqus实例教程——交叉管的热分析
Surface film condition(曲面薄膜狀態)
接著我們要加上曲面對流的邊界條件.
w16-Surface film condition.avi
1. 在模型樹中的 Interactions 上快點兩下來製作一個新的互動(interaction).
2. 在 Create Interaction 對話框中, 選取 Surface film condition 作為互動類型
要分析模擬這個零件的熱反應, 需要使用一個熱傳遞(heat transfer)的分析步. 1. 在模型樹中的Steps上快點兩下來製作一個新的分析步. 2. 在 Create Step 對話框中, 選取 Heat transfer 做為分析步的類型然後用以下的 參數來製作一個暫態的熱傳遞分析步: • 描述說明(Description): Thermal analysis • 整個分析時間(Total time period) = 200 • 時間增量之最大數量(Max. number of increments allowed) = 100 • 初始增量值(Initial increment size) = 1 • 停止分析步之最小溫度變動率 = 0.5 • 每個增量中所允許之最大溫度變動率= 10 3. 使用其預設之 ODB 輸出資料項. 設定restart frequency 為 5.
plasticProps.inp 檔中讀進這些資料
將此選項打開
在這裡按下 滑鼠右鍵
Figure W16–8 Reading plastic material properties from a file.
Copyright 2004 ABAQUS, Inc.
Introduction to ABAQUS
ABAQUS热应力分析解析实例详解
ABAQUS热应力分析解析实例详解ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以进行各种不同类型的分析，包括热应力分析。
热应力分析是通过模拟材料受热后发生的变形来评估材料的热稳定性和耐久性。
在这篇文章中，我们将详细介绍ABAQUS热应力分析的步骤和实例。
首先，我们需要创建一个ABAQUS模型。
模型包括几何形状、材料属性和边界条件。
在热应力分析中，我们通常需要定义一个热源，以及材料的热传导、热膨胀和热辐射等属性。
在这个实例中，我们将模拟一个烤箱的加热过程。
模型是一个简单的长方体，材料是钢铁，边界条件是恒定的热流。
下一步是定义材料属性。
我们需要定义钢铁的热传导系数，热膨胀系数和热辐射系数。
这些属性通常可以从材料手册或实验中获得。
我们将使用以下参数：-热传导系数：40W/mK-热膨胀系数：12e-61/°C-热辐射系数：0.8接下来，我们需要定义边界条件。
在这个实例中，我们将模拟一个恒定的热流输入。
我们可以通过选择“控制模拟”菜单中的“载荷”选项来定义边界条件。
在强制边界条件下选择“热流”载荷，然后指定热流的大小和方向。
我们将选择1000W的热流输入。
然后，我们需要定义分析步骤。
在这个实例中，我们将使用一个稳态热分析步骤。
在强制模式下选择“热”分析步骤，然后指定步骤的参数，包括时间步长和总时间。
我们将选择0.1s的时间步长和10s的总时间。
在模拟之前，我们需要定义网格划分。
网格划分是将模型分解为多个小元素的过程，以便于进行数值计算。
ABAQUS中有多种网格划分方法可供选择。
我们可以通过选择“网格”菜单中的“划分”选项来进行网格划分，然后选择适当的网格划分方法和参数。
当所有定义都完成后，我们可以点击“开始模拟”按钮开始进行热应力分析。
ABAQUS将使用已定义的模型、材料属性、边界条件和分析步骤来进行数值计算。
计算结果将显示在ABAQUS的图形界面中。
在热应力分析完成后，我们可以查看结果并进行后处理。
ABAQUS热分析
实用精品课件PPT
10
材料热性质定义
•材料的热性质在inp 中的 *MATERIAL 关键字定义
材料热性质定义
*MATERIAL,NAME=MATERIAL-1 *CONDUCTIVITY 1.0 *DENSITY 1.0 *SPECIFIC HEAT 1.0
比热：*SPECIFIC HEAT, --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
•该单元可以在 ABAQUS/Explicit 中使用
实用精品课件PPT
12
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，管道系统和金属片元 件等。
-- 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,DEPENDENCIES=1 设置包括的预设场变量数量
63.0,20,160
70.5,200,200 … 温度 场变量
*INITIAL CONDITIOINS,TYPE=FIELD,VAR=1
单元命名规则:
几何，3D单元
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 ABAQUS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
-- 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。
基于ABAQUS软件的热传导问题分析
基于ABAQUS软件的热传导问题分析摘要：ABAQUS是一款功能强大的有限元分析软件，尤其在处理非线性问题上具有较大的优势。
利用热传导问题的算例，介绍了ABAQUS软件热传导分析各步骤模块。
通过算例中钢板和施热介质接触传热时的温度分布云图以及温度随时间变化曲线，了解了ABAQUS软件强大的分析及处理的功能。
同时，为进一步利用ABAQUS软件进行非线性问题分析做好了理论上的铺垫工作。
关键词：ABAQUS 热传导有限元分析数值模拟中图分类号：V231.1+3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）12（a）-0135-02ABAQUS是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。
作为通用的模拟工具，ABAQUS除了能解决大量结构（应力/位移）问题，还可以模拟其他工程领域的许多问题，例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析及压电介质分析[1-2]。
但是ABAQUS在中国的普及程度远远不如同类CAE软件ANSYS，不仅国内翻译的中文图书较少，而且上机操作基本要按ABAQUS所提供的手册进行，尤其对于热分析领域问题的介绍就更不多见。
热分析是用于计算一个系统或部件的温度分布及其他热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度等。
ABAQUS热分析的传热方式有热传导、热对流、热辐射3种[3-4]。
文章基于某钢板在加热炉中接触加热的案例对ABAQUS在热传导问题上进行分析研究。
1 ABAQUS热传导类型和关键问题温度差是传热的基本条件。
热总是由高温传向低温。
根据传热过程中温度是否随时间变化，传热可分为两种热态，即稳态传热和非稳态传热。
ABAQUS热传导模块与之对应也分为稳态和瞬态两种。
稳态代表物体各处温度不随时间变化的传热过程；瞬态代表吸收或放出热能使温度随时间发生变化的传热过程[5]。
热传导分析过程中需要考虑到很多条件及相关参数的设定，这些都是做热传导分析的关键问题[6]。
abaqus热分析
热分析:
1977年在日本京都召开的国际热分析协会(ICTA, International Conference on Thermal Analysis)第七次会议对热分析进行了如下定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术。
最常用的热分析方法有：差(示)热分析(DTA)、热重量法(TG)、导数热重量法(DTG)、差示扫描量热法(DSC)、热机械分析(TMA)和动态热机械分析(DMA)等。
热分析技术在物理、化学、化工、冶金、地质、建材、燃料、轻纺、食品、生物等领域得到广泛应用。
abaqus热分析:
首先在三维软件里面建立相应的几何模型，可以根据实际情况建立给这个几何模型赋予相应的材料书属性，赋完材料和属性之后几何模型会相应的改变颜色，呈现绿色。
需要注意的是，材料的属性中需要包含杨氏模型，泊松比还有热膨胀系数，如果有相应的试验值，最好能够填上试验值。
建立载荷步，类型选择为静态（static）和通用（general）
之后进入load模块进行边界条件的设置，如图所示约束住模型的上边缘的所有自由度
之后还是在这个模块进行预定义场的设置，将初始温度改成室温20℃
为了实现温度的变化情况，我们需要点击第3步中建立的载荷步，点击modified，然后将该载荷步下的温度改为120℃
在mesh模块进行网格划分，采用结构化的四边形网格，划分完网格之后就可以进行分析了
进入到job模块，直接submit我们的工作文件，等到status 显示complete就表示分为完成了，我们可以直接点击submit下方的result或者进入visualization这个模块进行后处理的观察。
这样我们就完成了平板升温时的变形情况。
abaqus热分析
ABAQUS 热分析常用概念介绍热传递通过热传导、对流和热辐射三种方式实现。
热传导是热量重系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象。
模型中有两种方式实现，共点网格和接触对。
热阻系数=空气热传导率/空气间隙。
对流是液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程，对流是液体和气体中热传递的特有方式，气体的对流现象比液体明显，对流分为自然对流和强迫对流。
辐射是物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领。
热传导分析中的基本物理量·温度Temperature 单位℃·热能Heat energy 单位J·热率Heat rate power 单位J/t or W·热流量Heat Flux = Powerper unit area单位J/t/L2 材料参数介绍1. CONDUCTIVITY 热传导率用于度量热量在材料中流动的难易程度：单位：W/m/℃在热传递分析中，传导率为必需的材料属性。
2. SPECIFIC HEAT 比热用于度量热能在材料中存储的难易程度：单位：J/Kg/℃3. Emissivity辐射率是衡量一个表面有多接近理想黑体的指标（0~1）。
边界条件与载荷介绍边界条件与载荷，在热传导分析中，每个自由度的共轭变量为温度-热率（单位时间的能量流）。
1. 预设的温度*BOUNDARY，包括两种，恒定温度和变化的温度，温度的共轭反作用是热率（热能进入一个已经预设温度值的节点的流通率）。
2. 预设热流量（热率），*CFLUX,节点的集中热流量；*DFLUX，施加在面或体上的分布热流量,*DSFLUX施加在面上的分布热流量。
3. 预设边界层条件最常见的一种边界条件为一个自由表明被紧临的流体加热或降温，关键字*CFILM,施加在节点上；*FILM二维中施加在单元边上，三维中施加在单元面上；*SFILM二维中施加在单元边上；边界层系数h是ABAQUS的一个输入参数，量纲：J/L2*T*θ。
abaqus顺序热力耦合分析流程
abaqus顺序热力耦合分析流程一、啥是abaqus顺序热力耦合。
哎，你知道吗？这abaqus顺序热力耦合呀，就像是一场热与力的双人舞呢。
简单来说，就是把热分析和力分析按照一定的顺序结合起来，就像做菜的时候，先放这个调料再放那个调料一样。
它主要是为了解决那些既涉及到热的变化又有受力情况的问题，比如说发动机在工作的时候，又发热又受力，这个时候顺序热力耦合就可以大显身手啦。
二、前戏准备。
1. 模型建立。
咱得先在abaqus里建立一个合适的模型呀。
这个模型就像是一个小世界，你要把需要分析的东西按照实际情况画出来或者导入进来呢。
比如说你要分析一个金属零件在加热和受力下的情况，那这个零件的形状、尺寸啥的都得准确无误地在模型里体现出来。
这一步可不能马虎，要是模型建错了，后面的分析就全乱套啦，就像盖房子打地基，地基歪了，房子肯定也不结实呀。
2. 材料属性设定。
模型有了，接下来就得告诉abaqus这个模型是啥材料做的啦。
材料的属性可有不少讲究呢，像热导率、比热容、弹性模量、泊松比这些参数都得准确输入。
这就好比你要介绍一个人，得把他的身高、体重、性格特点啥的都说清楚一样。
如果材料属性设定不对，那分析出来的结果肯定是不靠谱的。
三、热分析环节。
1. 边界条件设置。
热分析的时候，边界条件特别重要哦。
这就像是给热传递划一个范围，规定好哪些地方是热的来源，哪些地方是散热的地方。
比如说你要模拟一个物体在烤箱里加热，那烤箱的温度就是一个边界条件，还有物体和外界接触的表面是怎么散热的，这也得设置好。
要是这个没弄对，就好像你想让一个人在特定温度下生活，但是环境温度设置错了，那肯定不行呀。
2. 网格划分。
网格划分就像是把这个热分析的区域分成一个个小格子。
这个格子划分得好不好，直接影响到计算的精度和速度呢。
划分得太粗了，可能会丢失很多细节，结果就不准确；划分得太细了，计算起来又超级慢。
这就需要找到一个平衡，就像穿衣服，不大不小刚刚好才舒服嘛。
ABAQUS热分析
NT12 NT11
-- 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
边界条件与载荷
4. 向环境的辐射 是否需要考虑辐射边界条件
温度越高，辐射现象越强
Te = Room temp (23oC) h = 10W/m2/oC 辐射率=1
Film
Heat flux
Radiation
0
100
200
Surface temperature
边界条件与载荷
5. 自然边界条件 在任何温度下没有给定热流并没有外部热流的表面，默认条件是通过表面q=0, 即没有通过表面的热流： 理想绝热条件 这是自然（无热载荷）边界条件，用于诸如施加对称边界条件的时候，如 外部热源温度 800oC
•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。
确定温度的分布。
ρcθ& = 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 ℃ -- 热能 Heat à energy 单位 J -- 热率 Heat rate à power 单位 J/t or W -- 热流量 Heat flux = Power per unit area 单位 J/t/L2
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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）单元 •用于一维，二维，轴对称和三维应用
单元命名规则:
几何，3D单元
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 ABAQUS中用自由度11表示温 度。 节点温度输出变量为 NT11.
型插值方法决定的。
热传导单元定义 •复合材料壳单元
多层复合材料热壳可以被构建 每一层可以是不同厚度，不同主 方向的不同材料组成
t4 材料1 t3 材料1 t2 材料1 t1 材料1
材料特性在 *SHELL SECTION 中定义:
*SHELL SECTION,COMPOSITE LAYER1的厚度， 温度自由度数量(截面点数)， 材料名，材料方向参考的 orientation 名称 LAYER2的厚度， 温度自由度数量(截面点数)， 材料名，材料方向参考的 orientation 名称 LAYER3的厚度， 温度自由度数量(截面点数)， 材料名，材料方向参考的 orientation 名称
ABAQUS 中的几种热边界条件和热载荷 1. 在某些节点上预设温度， *BOUNDARY， 自由度11 2. 在某些点上或者某些表面上或者体积内预设热率 q *CFLUX, *DFLUX, *DSFLUX 3. 在某些点上或者某些表面上的边界层（薄膜）条件 *CFILM, *FILM 和 *SFILM 4. 在某些点上或者某些表面上的辐射条件 *CRADIATE, *RADIATE, 和 *SRADIATE 5. 自然边界条件(默认)
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。
-- 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。
NT13 n
NT12 NT11
-- 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
设置包括的预设场变量数量 63.0,20,160 70.5,200,200 … 温度 场变量 *INITIAL CONDITIOINS,TYPE=FIELD,VAR=1 NALL,160 … *STEP … *FIELD,VARIABLE=1,AMPLITUDE=TIMEVAR NALL,180 … *END STEP
t 1
变化的温度
温度的共轭反作用是 热率（热能进入一个已经预设温度值的节点的流通率） 输出变量: RFLn
边界条件与载荷
2. 预设的热流量（热率）
节点的集中热流量(与自由度11共轭)通过关键字 *CFLUX 施加
*CFLUX， AMP= amp-1 FNODE， 11， 30
热率参考值
输入可以参考一个 AMPLITUDE 曲线，使得输入的热率可以随时间变化。输出 变量 CFLn 可以反映节点 *CFLUX 的当前值。
-- ‘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:
q k T x
Ta
Q A Tb
L
Q qA kATb Ta L
介绍
-- 比热 ，衡量物质储存热的能力 单位： J/M/℃
Qt Vc
时间增量
温度增量
比热
-- 一维热传导公式
…
•多层复合材料热壳的默认截面点数量为 3 •所有层的单层截面点数量必须相等
边界条件与载荷
边界条件
应力分析中，每个自由度都有一对共轭变量： 位移 -- 作用或反作用力 默认情况下位移是未知的，力是已知的。
热传导分析中，这对共轭变量是 温度 --- 热率(单位时间的能量流) 默认情况下温度是未知的，热率是已知的 -- 已知的热率 = 0， 相当于绝热边界条件； -- 没有外部的能量流进或流出节点。
边界条件与载荷
4. 向环境的辐射 是否需要考虑辐射边界条件
温度越高，辐射现象越强
Te = Room temp (23oC) h = 10W/m2/oC 辐射率=1
材料热性质定义
•材料的热性质在inp 中的 *MATERIAL 关键字定义
材料热性质定义
*MATERIAL,NAME=MATERIAL-1 *CONDUCTIVITY 1.0 *DENSITY 1.0 *SPECIFIC HEAT 1.0
比热：*SPECIFIC HEAT, --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|ORTHO|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,DEPENDENCIES=1
—— 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
边界条件与载荷
4. 向环境的辐射
辐射率 emissivity 是衡量一个表面有多接近理想黑体的指标
一些常用材料的辐射率： Commercial aluminum sheet: 0.09 Heavily oxidized aluminum sheet: 0.2 Polished gold: 0.02 Rusted iron plate: 0.6 Polished iron plate: 0.07 Turned, heated cast iron: 0.44 Type 301 stainless steel: 0.58 Red brick: 0.93 Black shiny lacquer on iron: 0.88 White vamish: 0.09 Water: 0.95
温度 h
*SFILM 二维情况下施加在面上
*FILM SURSET， F.， 450， 2.3E-3
温度 h
边界条件与载荷
4. 向环境的辐射
热传导中的另一种边界条件是黑体辐射 q = -A(T4 – Te4)
*CRADIATE 施加在节点上
*CRADIATE NODESET， 100.， 450， 0.1
h是温度的函数
q
流体，温度
Film, coefficient h
边界条件与载荷
3. 边界层(薄膜)条件
*CFILM 施加在节点上
*CFILM NODESET， 100.， 450， 2.3E-3
面积 温度 h
*FILM 二维情况下施加在单边上，三维情况下施加在单元面上
*FILM ELSET， F3.， 450， 2.3E-3
边界条件与载荷
1. 预设的温度
温度值不变:
*BOUNDARY TNODE， 11，
节点集
第一个 自由度
11，
最后个 自由度
500
温度
变化的温度:
*BOUNDARY, AMPLITUDE = amp-1 TNODE， 11， 11， 500
温度幅值
T
1
500
温度受幅值曲线 amp-1控制
t
0
1
0
幅值曲线
c
t
k
2
x2
1
tFra bibliotek 2
x 2
k c
热扩散率
介绍 -- 类比
Stress
u
I TdV
V
D
T DdV
V
Heat
q
I T qdV
V
K
T KdV
V
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 *HEAT TRANSFER 过程选项
确定温度的分布。
c 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 ℃ -- 热能 Heat energy 单位 J -- 热率 Heat rate power 单位 J/t or W -- 热流量 Heat flux = Power per unit area 单位 J/t/L2
热传导的结果严重依赖这个参数 典型的，h 是流体雷诺数和流通温度的函数，但也与表面状况如粗糙 度，脏污和方位强相关，因此很难去特征化。 通常，需要用试验校准的方式来确定 h 的取值。