Abaqus Heat Transfer Analysis--传热模型
ABAQUS热传导与热应力分析
q k
T x
Ta L
Q
A
Tb
Q qA kA
Tb 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 比热 温度增量
-- 一维热传导公式
2 c k 2 t x
1 2 2 t x
k c
h
*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 *CRADIATE 施加在节点上 q = -A(T4 – Te4)
*CRADIATE NODESET， 100.， 450， 0.1
Emissivity（0~1）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。 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热分析课稿
Q c 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:
•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，管道系统和金属片元 件等。
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
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 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
ABAQUS热传导与热应力分析
hቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
*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 *CRADIATE 施加在节点上 q = -A(T4 – Te4)
*CRADIATE NODESET， 100.， 450， 0.1
Emissivity（0~1） *RADIATE 施加在单元上
QI c q
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:
*HEAT TRANSFER 瞬态分析(默认)
*HEAT TRANSFER, STEADY STATE 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。
*RADIATE ELSET， R1.， 450， 0.1
单元面编号 *SRADIATE 施加在面上
*CRADIATE SURSET， R.， 450， 0.1
定义辐射边界条件，需要定义Stefan-Boltzmann常数和绝对零度
ABAQUS热传导与热应力分析详解
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
*HEAT TRANSFER 瞬态分析(默认)
*HEAT TRANSFER, STEADY STATE 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。
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
连续体continuum 扩散diffusion
节点数
-- 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.
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
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 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
Abaqus学习之热传导与热应力分析
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
0 1 t 0 1 t
ABAQUS 专题教程
——热传导和热应力分析 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
*PHYSICAL CONSTANTS, ABSOLUTE ZERO = -273.16 STEFAN BOLTZMANN = 5.6697E-8
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
abaqus线单元热传导
abaqus线单元热传导英文回答：Heat Transfer in Abaqus 1D Elements.Abaqus 1D heat transfer elements are used to model heat conduction in one-dimensional structures, such as rods, beams, and pipes. These elements can be used to analyze a variety of heat transfer problems, including steady-state and transient heat conduction, convection, and radiation.There are three types of 1D heat transfer elements available in Abaqus:DC1D2 is a two-node linear heat transfer element.DC1D3 is a three-node quadratic heat transfer element.DC1D4 is a four-node linear heat transfer element with mid-side nodes.The choice of which element to use depends on the accuracy and computational efficiency required for the analysis. DC1D2 elements are the simplest and most computationally efficient, but they are less accurate than DC1D3 and DC1D4 elements. DC1D3 elements are more accurate than DC1D2 elements, but they are also more computationally expensive. DC1D4 elements are the most accurate, but they are also the most computationally expensive.Modeling Heat Transfer in Abaqus 1D Elements.To model heat transfer in Abaqus 1D elements, the following steps must be followed:1. Create a model geometry.2. Define the material properties.3. Apply boundary conditions.4. Solve the model.1. Create a Model Geometry.The first step in modeling heat transfer in Abaqus 1D elements is to create a model geometry. The geometry can be created using any CAD software that can export to Abaqus input file format (.inp).2. Define the Material Properties.Once the geometry has been created, the next step is to define the material properties. The material propertiesthat are required for heat transfer analysis are the thermal conductivity, specific heat, and density.3. Apply Boundary Conditions.The next step is to apply boundary conditions to the model. Boundary conditions are used to specify the temperature or heat flux at the boundaries of the model.4. Solve the Model.Once the boundary conditions have been applied, the model can be solved. The solution process will calculate the temperature distribution within the model.中文回答：Abaqus线单元中的热传导。
ABAQUS热传导与热应力分析
刘海燕
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
单元命名规则:
几何，3D单元
DC3D20
连续体continuum 扩散diff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 •该单元可以在 ABAQUS/Explicit 中使用
*CONDUCTIVITY
-- 热传导率也可以是任意数量预设的场变量的函数
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
-- 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,DE设PE置N包DE括N的CI预ES设=1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 …
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型
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热分析课稿
q k
T x
Ta L
Q
A
Tb
T T b a Q qA kA L
介绍 -- 比热 ，衡量物质储存热的能力 单位： J/M/℃
Q t Vc
时间增量 比热 温度增量
-- 一维热传导公式
2 c k 2 t x
1 2 2 t x
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
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 …
k c
热扩散率
介绍 -- 类比
Stress Heat
u
I TdV
V V
q
I T qdV
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。