基于ABAQUS的铝合金热力耦合分析
ABAQUS顺序热力耦合分析实例
ABAQUS顺序热力耦合分析实例此实例中需要确定一个冷却栅管的温度场分布。温度场的求解采用稳态热分析，在此之后还将进行热应力分析来求出冷却栅管在温度作用下产生的位移和应力分布。由于冷却栅管比较长，并且是轴对称结构，根据上述特点，可以简化有限元分析模型。此实例中使用国际单位制。
1、part中创建轴对称可变形壳体，大致尺寸为1，通过creat line创建一个封闭曲线（0.127,0）
（0.304,0）（0.304,0.006）（0.152,0.006）（0.152,0.031）（0.127,0.031）（0.127,0）
使用creat Fillet功能对模型倒角处设置0.005的倒圆角。倒角后，模型并未改变，需要在模型树中，part下的Features右键，Regenerate，最终模型如下图所示。
2、在材料模块中定义密度7800，弹性模量1.93E11，泊松比0.3。所不同的是，热分析还需
要指定热传导系数以及比热。在Thermal里输入参数，热铲刀系数25.96，比热451。
3、创建截面属性以及装备部件，和普通的静力分析设置一样。
4、Step有所不同，分析类型仍为通用分析步，下面要更改为Heat Transfer。在Edit Step窗
口中，使用默认的瞬态分析（Transient），时长设置为3s。切换到Incrementatin进行相应的设置，如下图。
5、Load模块中，设置左边温度为100度，右边及上边温度为20度。Creat BC，类型选择
Other>Temperature。在纯粹的热传导分析方程中，没有位移项，因此不会发生刚体位移，这里也就不需要设置位移边界条件。
abaqus热力耦合单元类型
abaqus热力耦合单元类型
摘要：
一、Abaqus 热力耦合单元简介
二、Abaqus 热力耦合单元的类型
三、Abaqus 热力耦合单元的应用案例
四、总结
正文：
一、Abaqus 热力耦合单元简介
Abaqus 是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，其热力耦合单元是用于模拟热传导和结构力学之间相互影响的重要工具。通过热力耦合单元，用户可以在Abaqus 中进行热力学和结构力学的联合仿真分析，从而更准确地预测和评估工程部件在复杂热环境下的性能。
二、Abaqus 热力耦合单元的类型
Abaqus 热力耦合单元主要包括以下几种类型：
1.稳态热传导：这种类型的热力耦合单元主要用于分析结构在恒定温度条件下的热传导过程，适用于热传导问题不随时间变化的情况。
2.瞬态热传导：这种类型的热力耦合单元适用于分析结构在非恒定温度条件下的热传导过程，可以模拟随时间变化的温度场。
3.热膨胀：这种类型的热力耦合单元主要用于考虑材料随温度变化而产生的体积变化，适用于分析热膨胀和结构力学相互影响的问题。
4.粘弹性：这种类型的热力耦合单元可以考虑材料的粘弹性特性，适用于分析在高温下具有明显粘弹性的材料的结构力学性能。
5.接触热传导：这种类型的热力耦合单元主要用于分析两个接触部件之间的热传导过程，适用于模拟接触热传导问题。
三、Abaqus 热力耦合单元的应用案例
Abaqus 热力耦合单元在工程领域有广泛的应用，例如：
1.电子器件散热分析：通过模拟电子器件在运行过程中产生的热量传递过程，可以评估器件的散热性能，指导散热器件的设计和优化。
ABAQUS技术报告
铝合金7050-T7451切削加工有限元模拟
0 引言
金属切削加工有限元模拟，是一个非常复杂的过程。这是因为实际生产中，影响加工精度、表面质量的因素很多，诸如:刀具的儿何参数、装夹条件、切削参数、切削路径等。这些因素使模拟过程中相关技术的处理具有较高的难度。本文建立的金属正交切削加工热力耦合有限元模型是基于以下的假设条件：
（1）刀具是刚体且锋利，只考虑刀具的温度传导;
（2）忽略加工过程中，由于温度变化引起的金相组织及其它的化学变化; （3）被加工对象的材料是各向同性的；
（4）不考虑刀具、工件的振动；
切削过程涉及到弹性力学，塑性力学以及损伤力学等相关学科领域，初学者在使用ABAQUS做切削分析时，很难对材料属性（material property）的施加。即使是方法正确、操作正确，也得不到比较满意的结果。材料参数的选择，好的失效准则的使用，都可能使结果发生很大的偏差。
1.1 建立部件
（本文采用的统一单位：N, MPa, mm, s, ºC, J 软件版本：6.10-1）注意单位问题，ABAQUS中保证单位链封闭就行。
启动ABAQUS，选择环境栏Module中的Part选项，单击工具区的Creat Prat 选项
1.1.1 创建工件3D模型
在弹出的对话画框中，Name栏输入workpiece，Approximate size栏输入50，其余默认，单击Continue，弹出创建部件对话框。
在随后出现的草图中，绘制一个长4mm，宽2mm的矩形。单击鼠标中键，弹出Edit Base Extrusion对话框，在Depth栏中填入2，单击OK，工件模型建立完成，如图1、2。
基于ABAQUS的铝合金热力耦合分析
基于ABAQUS的铝合金热力耦合分析铝合金是一种广泛应用于航空、汽车和建筑等行业的重要材料，其热力行为对于工程设计和制造具有重要影响。为了更好地了解铝合金的热力行为，一种常见的方法是使用仿真软件进行热力耦合分析，其中ABAQUS 是一种常用的有限元分析软件。
热力耦合分析是指在仿真中同时考虑材料的热传导、热膨胀和应力应变等因素，以更真实地模拟材料的热力行为。对于铝合金而言，热力耦合分析可以帮助研究人员了解材料在受热和冷却时的温度变化、热应力分布以及可能的变形等。
在进行基于ABAQUS的铝合金热力耦合分析时，首先需要建立材料的有限元模型。可以根据实际材料的几何形状和尺寸构建几何模型，并选择适当的网格划分方法生成有限元网格。然后，需要定义材料的物理性质，包括热导率、热膨胀系数、弹性模量等。这些材料性质可以从实验数据中获取，也可以根据已有的材料参数进行估算。
接下来，需要定义边界条件和加载条件。边界条件主要包括温度和约束条件。温度边界条件可以根据实际情况设置，在仿真模型中模拟材料受热和冷却的过程。约束条件可以用来限制结构的自由度，使其在仿真过程中保持物理合理性。
加载条件主要包括热源和机械载荷。热源可以是外部热源，如焊接过程中的热源，也可以是材料内部的自生热源。机械载荷可以是静态载荷或动态载荷，可以模拟材料受力和变形的情况。
在设置好边界条件和加载条件后，可以进行模拟计算。ABAQUS提供了强大的求解器和后处理工具，可以进行稳态和动态的热力耦合分析。通
过分析仿真结果，可以获得材料的温度分布、应力应变分布以及可能的变形情况。
abaqus热力耦合改变温度,应变过大不收敛
abaqus热力耦合改变温度,应变过大不收敛ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以进行热力耦合分析。当在模拟过程中遇到应变过大不收敛的问题时，可能有以下几个原因和解决方法：
1. 起始温度设置不合理：起始温度应该与实际情况相符，如果温度差距太大，可能会导致应变过大不收敛。可以尝试根据实际情况修改起始温度。
2. 材料模型选择不当：材料模型的选择对分析结果有很大影响。如果使用的材料模型不适用于所研究的问题，可能会导致应变过大不收敛。建议检查所选材料模型是否符合实际情况，并考虑是否需要更换合适的材料模型。
3. 网格划分不合理：网格划分的精细程度对分析结果也有很大影响。如果网格划分过粗糙，可能会导致应变过大不收敛。可以尝试调整网格划分的密度，使其更加均匀和合理。
4. 边界条件设置有误：边界条件的设置也可能影响分析结果。如果边界条件设置有误，可能会导致应变过大不收敛。建议检查边界条件的设置是否准确，并根据实际情况进行调整。
5. 求解器参数设置不合理：求解器参数的选择和设置对分析结果也有很大影响。如果求解器参数设置不合理，可能会导致应变过大不收敛。可以尝试调整求解器参数，如迭代次数、收敛准则等，以提高求解的稳定性和准确性。
需要注意的是，以上只是一些可能的原因和解决方法，具体
情况还需根据具体模拟的问题进行分析和调试。在进行ABAQUS 分析时，可以通过检查日志文件、增加输出信息等方式来获取更多关于错误原因的详细信息，从而做出更准确的判断和处理。
abaqus热力耦合单元类型
abaqus热力耦合单元类型
（最新版）
目录
1.Abaqus 热力耦合单元概述
2.Abaqus 热力耦合单元的类型
3.应用实例
正文
一、Abaqus 热力耦合单元概述
Abaqus 是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以解决各
种复杂的热力学问题。在 Abaqus 中，热力耦合单元是用于模拟热和力同时作用的部件，可以分析材料的热膨胀、热应变等现象。通过热力耦合单元，工程师可以更好地了解材料的热力学性能，从而优化产品的设计和制造过程。
二、Abaqus 热力耦合单元的类型
Abaqus 热力耦合单元主要有以下几种类型：
1.热膨胀单元（Thermal Expansion Element）：这种单元主要用于模拟材料在温度变化时的线性热膨胀。它可以分析材料在不同温度下的应变、应力等性能。
2.热应变单元（Thermal Strain Element）：这种单元用于模拟材料
在温度变化时的非线性热应变。它可以分析材料在不同温度下的应变、应力等性能。
3.热应力单元（Thermal Stress Element）：这种单元用于模拟材料
在温度变化时的热应力。它可以分析材料在不同温度下的应力、应变等性能。
4.耦合热应力单元（Coupled Thermal Stress Element）：这种单元
可以同时考虑热应力和热膨胀两种效应。它可以分析材料在不同温度和应力下的性能。
三、应用实例
Abaqus 热力耦合单元在许多工程领域都有广泛的应用，例如：
1.航空航天领域：在航空航天领域，热力耦合问题非常常见，例如发动机叶片、机身结构等部件都需要承受高温和高应力的作用。通过使用Abaqus 热力耦合单元，工程师可以更好地了解这些部件在实际使用过程中的性能。
vumatht热力耦合子程序
vumatht热力耦合子程序
VUMATHT热力耦合子程序：高效实现热力学仿真
VUMATHT（Virtual Uniaxial Material Hardening Thermal）是一种用于ABAQUS有限元软件的用户材料子程序，用于模拟材料的热力学响应。本文将介绍VUMATHT热力耦合子程序的基本原理、应用场景以及优势，以期帮助读者更好地了解和使用这一强大的工具。
1. 基本原理
VUMATHT热力耦合子程序是基于ABAQUS软件的用户材料子程序，它通过自定义的材料本构模型和热传导方程来描述材料的热力学响应。在仿真过程中，VUMATHT能够准确预测材料在热载荷下的力学行为，并考虑材料的热膨胀和热传导效应。
2. 应用场景
VUMATHT热力耦合子程序广泛应用于各个领域的热力学仿真，特别是在工程领域中的材料研究和结构设计中。以下是一些典型的应用场景：
2.1 材料的热膨胀分析
VUMATHT能够精确模拟材料在温度变化下的热膨胀行为，帮助工程师预测材料在不同温度条件下的尺寸变化，从而指导结构的设计
和优化。
2.2 热应力分析
在高温环境下，材料会受到热应力的影响，导致变形和损坏。VUMATHT可以模拟材料的热应力分布，帮助工程师评估结构在高温条件下的稳定性和安全性。
2.3 焊接仿真
焊接过程中，由于温度梯度和热应力的作用，材料可能发生塑性变形和裂纹。VUMATHT可以模拟焊接过程中的热力学响应，帮助工程师优化焊接工艺，减少变形和裂纹的产生。
3. 优势
VUMATHT热力耦合子程序相比其他热力学模拟方法具有以下优势：
abaqus热力耦合不收敛
abaqus热力耦合不收敛
摘要：
1.了解abaqus热力耦合不收敛的问题
2.分析可能的原因及解决方案
3.针对不同原因给出具体解决办法
4.总结预防热力耦合不收敛的技巧
正文：
随着现代工程仿真技术的不断发展，abaqus作为一款强大的有限元分析软件，被广泛应用于各个领域。然而，在使用过程中，许多用户遇到了abaqus热力耦合不收敛的问题，给工作带来了诸多不便。本文将针对这一问题，分析可能的原因及解决方案，帮助大家顺利开展有限元分析工作。
一、了解abaqus热力耦合不收敛的问题
abaqus热力耦合不收敛，通常表现为在求解过程中，计算速度缓慢，甚至出现程序崩溃、计算中断等情况。这主要是由于热力耦合过程中，各个子任务的收敛性相互影响，导致整体收敛困难。
二、分析可能的原因及解决方案
1.模型构造不合理：模型中存在不合理的单元类型、材料参数设置不当等。
解决办法：检查模型构造，确保单元类型、材料参数等设置合理。
2.网格划分不合理：网格质量差、网格数量不足等。
解决办法：重新划分网格，提高网格质量，确保网格数量足够。
3.加载曲线不合适：加载过程中，应力、温度等边界条件设置不当。
解决办法：调整加载曲线，合理设置边界条件。
4.求解参数设置不合理：时间步长、求解算法等设置不合适。
解决办法：调整求解参数，减小时间步长，尝试其他求解算法。
5.软件配置问题：abaqus版本较低，或操作系统不兼容。
解决办法：升级abaqus版本，或更换操作系统。
三、针对不同原因给出具体解决办法
1.提高模型构造水平：熟练掌握abaqus软件的各种功能，合理设置模型参数。
基于ABAQUS的铝合金热力耦合分析
基于ABAQUS的铝合金热力耦合分析
铝合金是常用的轻质高强度材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、
电子设备等领域。热力耦合分析是针对材料在受到热负荷时的变形和应力
状态进行研究的一种方法。本文将介绍基于ABAQUS的铝合金热力耦合分
析的原理和步骤。
首先，需要准备热力耦合分析所需的几何模型，材料特性，边界条件
等输入数据。可以使用ABAQUS提供的CAD软件创建几何模型，或者使用
其它工具将现有模型导入到ABAQUS中。在进行材料特性的定义时，需要
考虑铝合金的热传导系数、热膨胀系数等热力学参数。边界条件包括模型
的固定或者约束边界以及模型的热负荷。
接下来，进行网格划分。ABAQUS使用有限元方法进行分析，所以需
要将几何模型划分为小的有限元单元。网格划分需要考虑到几何模型的复
杂性和分析的精度要求。通常情况下，可以使用ABAQUS提供的自动网格
划分工具进行网格划分，并根据需要进行后处理调整。
然后，进行材料的本构关系定义。本构关系是描述材料在受力情况下
的应力-应变关系的数学表达式。可以根据实验数据或者材料性质的已知
参数来定义材料的本构关系。对于铝合金，可以采用线性弹性模型或者更
复杂的弹塑性模型。根据材料的实际性质选择适当的本构关系。
随后，定义热负荷。热负荷是指在铝合金模型上加热或者降温的过程。可以通过施加表面热通量、恒定温度或者温度梯度来代表实际工况下的热
负荷。在定义热负荷时，需要考虑到铝合金的热导率以及材料与周围环境
的热交换。
最后，进行求解和后处理。将热力耦合分析问题输入到ABAQUS中，进行求解。ABAQUS将根据输入的几何、材料、边界条件和热负荷信息，计算出该问题下的变形和应力分布。求解完成后，可以通过ABAQUS提供的后处理工具对结果进行可视化和数据分析。
abaqus热力耦合单元类型
abaqus热力耦合单元类型
摘要：
1.Abaqus 热力耦合单元概述
2.Abaqus 热力耦合单元的类型
3.应用案例与注意事项
正文：
一、Abaqus 热力耦合单元概述
Abaqus 是一款广泛应用于各种工程领域中的有限元分析软件，能够解决从简单的线性静态结构分析到复杂的非线性瞬态动力学分析等各种问题。在处理热传导和热膨胀等问题时，需要使用热力耦合单元。热力耦合单元能够将热分析和结构分析结合起来，使得结构和温度场相互影响，从而更准确地模拟真实情况。
二、Abaqus 热力耦合单元的类型
1.直接耦合方式
直接耦合方式是将热应变和热应变率耦合到结构动力学方程中，通过求解耦合后的方程组得到结构和温度场。这种方式适用于热膨胀系数较小的材料。
2.间接耦合方式
间接耦合方式是将热应变和热应变率耦合到热传导方程中，通过求解热传导方程得到温度场，再通过热膨胀系数得到结构位移。这种方式适用于热膨胀系数较大的材料。
3.粘结耦合方式
粘结耦合方式是将热应力和热应变率耦合到粘结方程中，通过求解粘结方程得到结构位移和热应力。这种方式适用于复合材料和材料在不同温度下的性能变化较大的情况。
三、应用案例与注意事项
在实际应用中，选择合适的热力耦合单元类型非常重要。例如，对于金属材料在高温下的结构分析，应选择间接耦合方式；而对于复合材料在不同温度下的结构分析，应选择粘结耦合方式。
同时，在使用热力耦合单元时，还需要注意以下几点：
1.准确的材料参数：热力耦合分析的准确性依赖于材料的热传导系数、比热容和热膨胀系数等参数的准确性。
2.网格划分：为了获得准确的结果，需要对结构和温度场进行适当的网格划分。
基于ABAQUS的铝合金热力耦合分析
基于ABAQUS的铝合金热力耦合分析
铝合金热力耦合分析是一种在ABAQUS有限元软件平台上进行的计算
机仿真方法，用于研究铝合金在热力环境下的行为。它通过将热传导和热
应力耦合在一起，可以更准确地预测铝合金在实际工况下的变形和损伤。
在ABAQUS中进行铝合金热力耦合分析的基本步骤如下：
1.创建几何模型：使用ABAQUS提供的建模工具，根据实际应用需求
创建铝合金零件的几何模型。可以通过导入CAD文件或手动绘制几何图形
来完成。
2.定义材料特性：选择合适的铝合金材料模型，并设置材料属性，包
括热传导系数、热容、热膨胀系数等。这些参数将会影响模型的热传导和
热应力分析结果。
3.设定边界条件：设定模型的边界条件，包括施加的热载荷和力载荷。热载荷可以是温度的分布或者热流的输入，力载荷可以是静载荷或动载荷。
4.定义网格划分：将几何模型进行网格划分，将连续的几何体划分成
离散的有限元单元。网格划分的精细程度会影响计算结果的精度与计算速
度之间的权衡关系。
5.设置分析类型：选择适当的分析类型，如稳态热传导分析、稳态热
应力分析或瞬态热应力分析。根据应用需求，可以选择不同的分析类型。
6.定义边界条件：根据实际工况设置热边界条件和力边界条件。热边
界条件包括外部温度、辐射和对流传热等，力边界条件包括施加在铝合金
上的力载荷。
7.运行仿真：在ABAQUS软件中运行仿真计算，求解热传导和热力学方程，并得到铝合金在热力环境下的应力、变形和温度分布等结果。
8.分析结果：根据仿真计算结果，对铝合金零件的热应力、热应变和温度变化等进行分析和评估，判断其承载能力和变形情况是否满足设计要求。
abaqus热力耦合改变温度,应变过大不收敛
abaqus热力耦合改变温度，应变过大不收敛在工程和科学领域，Abaqus是一个广泛使用的有限元分析软件，用于解决结构力学和热力学问题。热力耦合是Abaqus的一个重要特性之一，它允许将温度和应变对结构的影响进行综合分析。然而，在使用Abaqus进行热力耦合分析时，有时会遇到应变过大不收敛的问题。本文将讨论这个问题的原因以及解决方案。
1. 问题描述
在使用Abaqus进行热力耦合分析时，如果模型中存在温度变化引起的较大应变，可能会导致求解过程不收敛。此时，在Abaqus的求解过程中，会出现报错信息，提示应变过大或超过了材料本身的极限。
2. 原因分析
2.1. 材料本身特性
首先，需要考虑材料的本身特性。有些材料在受到较大的温度变化时，会发生应变的非线性变化。在这种情况下，Abaqus可能无法通过默认的材料模型来准确描述材料的行为，导致求解过程不收敛。
2.2. 模型几何和边界条件
其次，模型的几何形状和边界条件也会对求解过程产生影响。如果模型的几何形状复杂，或者边界条件不正确，可能会导致计算过程中的不稳定性，从而造成应变过大不收敛的问题。
3. 解决方案
为了解决应变过大不收敛的问题，我们可以采取以下一些方法：
3.1. 材料模型选择
根据具体的材料特性，可以选择合适的材料模型来更准确地描述温度变化引起的应变。在Abaqus中提供了多种不同的材料模型，可以根据实际情况进行选择。
3.2. 网格优化
在热力耦合分析中，网格的划分对结果的准确性和收敛性都有重要影响。通过对模型进行网格优化，可以在保证模型准确性的前提下，减少应变过大不收敛的问题。
abaqus顺序热力耦合
abaqus顺序热力耦合
在Abaqus中进行顺序热力耦合可以通过以下步骤完成：
1.设置热传导方程：定义材料属性（热导率、比热量、密度等），并将它们与热传导方程链接。
2.设置温度边界条件：在模拟开始前指定温度边界条件，这可以包括设定热源或热沉，或者通过设定温度或热流来指定界面或表面上的热边界条件。
3.运行热传导分析：使用求解器来执行热传导分析，该分析将根据边界条件和材料属性计算出温度场。
4.计算热应力：使用Abaqus CAE中的线性静力学分析（或其他类型的分析），将温度分布提供给材料的力学性质。可以使用离散单元方法来计算热-机械应力。
5.原型尺寸被修改。使用变形缩放功能来修改计算出的应力场，以与实际的结构尺寸相对应并确定在实验（或实际）条件下材料的热响应。
6.求解器在模拟过程中求解热方程并通过优化时间步长和网格尺寸对模型进行动态优化。
需要注意的是，在使用顺序热力耦合进行热分析时，需要明确定义热传导特性和材料/几何特性，并且需要特别注意热-机械应力确定的方法。聘请专业的仿真工程师可以提高仿真的精度和效果，并帮助企业发现潜在问题并制定可行解决方案。
abaqus顺序热力耦合分析流程
abaqus顺序热力耦合分析流程
1.首先，定义和建立模型参数。首先打开ABAQUS软件，选择热力耦合分析。First, define and establish model parameters. First open the ABAQUS software and select a thermal coupling analysis.
2.然后，创建几何模型。该几何模型是需要进行热力耦合分析的对象的实际几何形状。Then create a geometric model. The geometric model is the actual geometric shape of the object that needs to be thermally coupled analyzed.
3.接着，应用边界条件。这些条件包括温度、压力、约束等，对模型进行准确的描述。Then apply boundary conditions. These conditions include temperature, pressure, constraints, etc., to accurately describe the model.
4.接下来，定义材料属性。材料的导热系数、比热容等属性需要在模型中进行定义。Next, define material properties. The
thermal conductivity, specific heat and other properties of
基于ABAQUS的铝合金热力耦合分析
基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合数值分析
2. 顺序耦合热应力计算
2.1 基本条件
如图 1 所示，一两端固定的等截面铝合金厚板，铝合金厚板的弹性模量为 E，线 膨胀系数为α，在梁的上表面加热流量 Q 随时间变化规律为 Q(t)=20000+t (W/m2)和均 部载荷 2×106(Pa)，求铝合金厚板上的应力、应变温度分布情况。铝合金厚板尺寸为： 长 0.8 m，宽 0.2 m，高 0.1 m，密度为 2810 kg/m3，泊松比为 0.33，选取材料为 7075 铝合金，7075 铝合金材料属性如表 1 所示
基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合分析
Coupled thermal-mechanical simulation of aluminum alloy based on ABAQUS
学 院（系）：运载学部
专
业：航空航天力学与工程
学 生 姓 名：盛国雨
学
号：21203025
手 机 号 码：15524645442
⎞
∫ ( ) ∫ ∫ Dijkl
ε kl
−
ε
0 ij
δε
ij
dΩ
−
⎜ ⎜
biδu jdΩ +
piδui
dA
⎟ ⎟
=
0
Ω
⎝Ω
Sp
⎠
abaqus顺序热力耦合先加热后升温
abaqus顺序热力耦合先加热后升温abaqus顺序热力耦合分析是一种常见的有限元分析方法，它可以模拟材料的热力响应，并且可以预测材料在不同温度下的性能。在这种分析中，通常需要先对材料进行加热，然后再进行升温，以模拟材料在实际工况下的性能变化。本文将详细介绍abaqus顺序热力耦合分析的原理和步骤，并且通过实例分析来说明其在工程实践中的应用。
首先，让我们来了解一下abaqus顺序热力耦合分析的原理。在这种分析中，热力耦合是指热力耦合效应对材料力学性能的影响。当材料受到温度变化时，其力学性能会发生变化，比如弹性模量、屈服强度、断裂韧性等都会受到温度的影响。而abaqus顺序热力耦合分析就是通过有限元方法来模拟材料在温度作用下的力学响应，从而预测材料在不同温度下的性能。
其次，abaqus顺序热力耦合分析的步骤包括几个关键的步骤。首先是建立有限元模型，这是分析的基础，需要根据实际情况来选择合适的模型类型和网格划分。然后是定义材料的热力学性能，这包括材料的热传导性、热膨胀系数、材料参数等。接着是定义边界条件和加
载条件，这是模拟实际工况的关键，需要正确地设置温度加载和力加
载条件。最后是进行数值求解和后处理分析，通过abaqus软件进行数
值求解，得到材料在不同温度下的力学响应，并通过后处理分析来评
估材料的性能。
接下来，我们以一个实例来说明abaqus顺序热力耦合分析的应用。假设我们需要分析一根钢材在加热后的力学性能变化。首先我们需要
建立钢材的有限元模型，选择合适的模型类型和网格划分。然后定义
钢材的热力学性能，包括热传导性、热膨胀系数等参数。接着定义边
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dΩ
⎟ ⎟
=
0
Ω
⎝Ω
Sp
Ω
⎠
此式为热应力问题的虚功原理。
1.3 有限元分列式
设单元结点位移向量为
[ ] qe = u1 v1 w1 L un vn wn
与一般弹性问题的有限元分析列式一样，将单元内的力学参量都表示为节点位移的
函数关系，即
u = Nqe ε = Bqe
( ) σ = D ε − ε 0 = DBqe − Dε 0 = Sqe − DαT ∆T [1 1 1 0 0 0]T
αT ∆T (x, y, z) ，αT 为热膨胀系数，刚该物体的物理方程由于增加了热膨胀量将变为
[ ( )] ⎪⎧ε xx
⎪
=
1 E
σ xx
−µ
σ yy
+ σ zz
+ αT ∆T
[ ] ⎪⎪ε yy
=
1 E
σ
yy
−
µ(σ xx
+ σ zz )
+ αT ∆T
[ ( )] ⎨
⎪ε ⎪
zz
=
1 E
σ zz
基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合数值分析
2. 顺序耦合热应力计算
2.1 基本条件
如图 1 所示，一两端固定的等截面铝合金厚板，铝合金厚板的弹性模量为 E，线 膨胀系数为α，在梁的上表面加热流量 Q 随时间变化规律为 Q(t)=20000+t (W/m2)和均 部载荷 2×106(Pa)，求铝合金厚板上的应力、应变温度分布情况。铝合金厚板尺寸为： 长 0.8 m，宽 0.2 m，高 0.1 m，密度为 2810 kg/m3，泊松比为 0.33，选取材料为 7075 铝合金，7075 铝合金材料属性如表 1 所示
–4–
基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合数值分析
图 1 部件图
图 2 材料属性定义图
–5–
基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合数值分析
2.2.2 定义材料属性 进入属性模块，点击“创建材料”工具，输入材料名 aluminum alloy，输入基本条 件中的材料属性中的密度、导热系数、比热容、弹性模量、热膨胀系数和屈服强度，其 中导热系数、比热容、弹性模量、热膨胀系数和屈服强度随温度变化发生变化，在输入 数据时选择使用与温度相关数据，如图 2 所示。 2.2.3 定义截面属性 点击工具区中的创“建截面”工具，输入截面名 Plate-Section，类别选实体，类型 选择连续，材料选取之前定义的 aluminum alloy，完成截面创建操作，点击工具区中的 分配截面，选择梁，将 Plate-Section 赋值给厚板。 2.2.4 装配部件 进入装配模块，点击工具区中的”将部件实例化”工具，选择 Plate，选择独立类 型，完成装配定义。 2.2.5 设置分析步 进入分析步模块，点击工具区的“创建分析步”工具，命名为 Heat-flux ,选择“热 传递”作为分析类型，基本信息为“瞬态”响应，时间长度为600 S，增量步选择“固 定”类型，最大增量步数100，增量步大小为10 S，其他选项使用默认选项。可得增量 步数应为60. 2.2.6 定义载荷和边界条件 进入载荷模块，点击“创建边界条件”，分析步选择“Initial”，类别选择力学中 的“对称/反对称/完全固定”，选择两个侧面，选中全部固定，加完力学边界条件。 点击“创建预定义场”，分析步选择“Initial”，选择其他中的温度选项，选择整 个厚板，输入温度大小为20℃，完初始温度设定。 点击菜单栏中的工具选项，工具选项中的幅值，采用默认名称Amp-1，类型选择表， 输入时间为 0 时刻值为20000，600时值为20600，完成对幅值的定义。 点击“创建载荷”，分析步选择“Heat-flux”，选择热学中的表面热流，然后选中 铝合金厚板上表面，大小为1，幅值选择刚才定义的Amp-1，完成热流定义，结果如图3 所示。
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基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合数值分析
1. 热应力分析的基本原理
研究物体的热问题主要包括两个方面的内容。 (1)传热问题的研究；确定温度场。 (2)热应力问题的研究：在书籍温度场的情况下确定应力应变。
1.1 热应力问题中的物理方程
设 物 体 内 部 存 在 温 差 ∆T (x, y, z) ， 那 么 这 个 温 差 将 引 起 热 膨 胀 ， 其 膨 胀 量 为
温度/ ℃
0 25 60 100 200 300 400 500
导热系数/ (W•m-1•℃-1)
155.0 156.0 158.3 161.0 175.0 185.0 193.0 197.0
表 1，7075 铝合金材料特性
比热容/
弹性模量/
(J•kg-1•℃-1) GPa
830
73.33
860
72.00
邮
箱：yhyguoyu123@126.com
大连理工大学
Dalian University of Technology
基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合数值分析
摘要
使用 ABAQUS 求解热力耦合问题主要有顺序耦合传热和完全热力耦合传热两种类型， 顺序耦合传热中首先分析传热分析，然后将所得到温度场当成已知条件，进行热应力分 析；完全耦合传热时温度场和应力应变场相互影响，需要同时求解。本文通过使用 ABAQUS 建立铝合金厚板的热力耦合分析模型，其中铝合金的材料力学和热学材料属性都随着温 度的变化而发生变化，使用顺序耦合分析方法，先进行传热分析后，将所得结果文件读 入后对铝合金厚板进行热力耦合分析，最后得到铝合金厚板的应力、应变、温度等分布 规律，将所得结果与完全热力耦合分析所得结果进行比较。 关键词：铝合金；顺序热力耦合；完全热力耦合；ABAQUS；
⎞
∫ ( ) ∫ ∫ Dijkl
ε kl
−
ε
0 ij
δε
ij
dΩ
−
⎜ ⎜
biδu jdΩ +
piδui
dA
⎟ ⎟
=
0
Ω
⎝Ω
Sp
⎠
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基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合数值分析
⎛
⎞
∫ ∫ ∫ ∫ Dijkl
ε
klδε
ij
dΩ
−
⎜ ⎜
biδu jdΩ +
piδuidA +
Dijklε
i0jδε
ij
0]
1.2 虚功原理
除了上面所述的物理议程外，平衡方程、边界条件、几何方程与普通的弹性问题相 同，弹性问题的虚功原理的一般表达是δU − δV = 0 ，也就是
⎛
⎞
∫ ∫ ∫ σ
ijδε
ij
dΩ
−
⎜ ⎜
biδu jdΩ +
piδui
dA
⎟ ⎟
=
0
Ω
⎝Ω
Sp
⎠
将上面的物理方程代入，可得
进一步可以写成
⎛
基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合分析
Coupled thermal-mechanical simulation of aluminum alloy based on ABAQUS
学 院（系）：运载学部
专
业：航空航天力学与工程
学 生 姓 名：盛国雨
学
号：21203025
手 机 号 码：15524645442
- II -
基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合数值分析
引言
根据传热问题的分类和边界条件的不同，可以将热分析分成几种类型：与时间无关 的稳态热分析和与时间有关的瞬态热分析；材料参数和边界条件不随温度变化的线性传 热，材料和边界条件对温度敏感的非线性传热；包含温度影响的多场耦合问题。
ABAQUS可以求解以下类型的传热问题。 (1) 非耦合 传热 分析。 此 类分析中 ，模型温度 场不受 应力应变场 的影响。 在 ABAQUS/Standard中可以分析热传导、强制对流、边界辐射等传热问题，其分析类型可 以是瞬态或稳态、线性或非线性。 (2)顺序耦合热应力分析。此类分析中的应力应变场取决于温度场，但温度场不受 应力应变影响。此类问题使用ABAQUS/Standard来求解，具体方法是首先分析传热问题， 然后将所得到的温度场作为已知条件，进行热应力分析，得到应力应变场。分析传热问 题所使用的网格和热应力分析的网格可以不一样。 (3)完全耦合热应力分析。此类分析中的应力应变场和温度场之间有点强烈的相互 作用，需要同时求解。可以使用ABAQUS/Standard或ABAQUS/Explicit来求解此类问题。 本文通过使用 ABAQUS 建立铝合金厚板的热力耦合分析模型，其中铝合金的材料力 学和热学材料属性都随着温度的变化而发生变化，分别使用顺序耦合分析和完全耦合分 析，最后得到两组铝合金厚板的应力、应变、温度等的分布规律，对两组结果进行比较 分析。
意性，消去该项可得：
Keqe = Pe + P0
其中
∫ K e = BT DBdΩ
Ω
∫ ∫ Pe = N TbdΩ + N T pdA
Ωe
S
e p
∫ P0e = BT Dε 0dΩ Ωe
此外的 P0e 称为温度等效载荷。可以看出，与一般弹性问题相比，有限元方程的载荷端 增加了温度等载荷 P0e
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基于 ABAQUS 的铝合金热力耦合数值分析
Coupled thermal-mechanical simulation of aluminum alloy based on ABAQUS Abstract
There are two methods to solve the coupled thermal mechanical problem using ABAQUS, transfer thermal mechanical coupling and full thermal mechanical coupling analysis. In the transfer mechanical coupling analysis, we solve the thermal problem first, then treat the temperature as the known conditions to solve the mechanical problem.Whereas in the full thermal mechanical coupling analysis the stress and temperature impact each other, we need to solve the two problem in a same time. In this paper the coupled thermal mechanical analysis model of aluminum alloy thick plates was built using ABAQUS. The mechanical and thermal property of the aluminum are changed with the temperature, use the transfer thermal mechanical coupling analysis, we get the temperature first, then use the temperature as a condition to solve the mechanical problem, then we get the distribution of the stress, strain and temperature in the structure, then we compare the result with the full thermal mechanical coupling’s result. Key Words：Aluminum alloy；Transfer thermal mechanical coupling；full thermal mechanical coupling；ABAQUS
其中，N、D、S、B 分别为单元的形状函数、弹性系数矩阵、应力矩阵和几何矩阵，它 们与一般的弹性问题中所对应的矩阵相同。不同之处在于其中包含了温度应变的影响，
可以看出，温度变化对正应力有影响，而对剪应力没有影响。
对单元的位移和应变分别求得到
⎪⎧δu = Nδqe
⎨ ⎪⎩δε
=
Bδqe
将单元的位移和应变表达式以及虚应变代入虚功方程中，由于节点位移的变分增量的任
870
71.20
900
69.07
970
61.87
1020
53.87
1120
48.53
1320
44.50
热膨胀系数/ (10-6℃-1)
22.6 23.5 24.0 24.9 28.4 29.9 31.4 31.7
2.2 传热分析
2.2.1 创建部件 打开 ABAQUS，进入 Part 模块，点击工具区“创建部件”工具，输入部件名 plate， 选择三维、可变形、拉伸实体，模型空间大约尺寸设置为 2，进入二维草图绘制界面。 点击“创建线矩形”，输入第一点坐标为(0,0)，第二点坐标为(0.8,0.1)，完成草图绘制， 输入深度 0.2，完成部件的创建，如图 1 所示。
−µ
σ yy
+ σ xx
+ αTΒιβλιοθήκη Baidu∆T
⎪
⎪γ ⎩
xy
=
1 G τ xy ,γ yz
=
1 G τ yz ,γ zx
=
1 G τ zx
可以将上式写成
( ) εij
=
D σ −1 ijkl kl
+ ε i0j或者σ ij
=
Dijkl
ε kl
−
ε
0 ij
其中
[ ε
0 ij
=
αT ∆T
αT ∆T
αT ∆T
0
0