abaqus热传导、应力分析
基于Abaqus的O形橡胶密封圈热应力分析
卢＝ａ （ ３ Ａ ＋ ２ Ｇ ）
２ 有 限 元 分 析
随 着 计 算 机 的 发 展 及 有 限元 分 析 软 件 （ 如
Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ 和Ａ ｎ ｓ ｙ ｓ ）的 开发 ，对 轮 胎 和橡 胶 制 品进
行 了越 来越 深入 的研 究 ；但 由于橡 胶 材料 的非 线 性 、几何 非线性 和边界 条件非线性 ，增加 了仿真模 拟难 度 。在此 ，以轮胎 和橡 胶制 品研 究 中常 用 的 Ｍｏ ｏ ｎ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ 模型为例 ，根据 变分原理 ，对 Ｏ 形橡 胶密封 圈进行不考虑温度 因素 的应力分 析及考 虑温 度 因素 的热应力分析 Ｊ 。
变 ，推 广到温 度场 中 ，即 ：
ｓ ：
吉 ［ — （ ＋ ） ］ ＋ ｆ ‘ ’
根据 Ｍｏ ｏ ｎ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ 模 型 ，用 硬度 求 弹性模 量 ， 密封 圈 参数 Ｃ。 ＝ １ ． ３ ８ ０ ，Ｃ ＝ ０ ． ３ ４ ５ ，线膨 胀 系数 为
要 意义 。 本 课题 在 弹性力 学理 论基 础上 ，运 用Ａ ｂ ａ ｑ ｕ ｓ
的广义 虎克定律 ：
＝
２ Ｇ ｅ ｌ ＋ 九 一／ ３ ｔ
（ ２）
式 中 ，Ｐ 为体 积应 变 ；Ｇ 为 剪切模 量 ；Ａ为拉梅 常
数， 为热应力系数。
Ｅ讧
＝
有限元软件 对Ｏ 形橡胶密封 圈进行正 常工况下 的仿
．
ｂ Ｊ ＝ －
Ｗ
－／ Ｕ
Ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ 。 Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ
２ ０ Ｉ ｊ年 第 ６期
abaqus概述介绍 -回复
abaqus概述介绍-回复Abaqus概述介绍概述Abaqus是一款用于有限元分析（FEA）的软件套件。
它是由达索系统（Dassault Systemes）公司所开发和分发，具有广泛的应用领域，适用于各种各样的工程和科学问题。
Abaqus提供了一个强大的平台，用于模拟和分析结构和系统的行为，可以帮助工程师和科学家解决各种困难和复杂的问题，并对设计和性能进行优化。
Abaqus的特点1. 易于使用：Abaqus提供了直观和用户友好的界面，使得使用者可以轻松地创建和修改模型，定义边界条件和材料属性，并进行后处理和结果分析。
它还具有强大的模型编辑器和可视化工具，使得用户可以更加方便地进行模型的建模和修改。
2. 强大的模拟能力：Abaqus拥有广泛的物理过程模型，可以模拟从结构力学到热力学、电磁和流体力学等多种物理过程。
它支持各种不同类型的单元，包括线性和非线性材料，以及各种边界条件和加载条件，如力、热量、电流等。
这使得用户可以更加准确地模拟和分析复杂的工程和科学问题。
3. 多学科耦合：Abaqus允许用户进行多学科的耦合分析，将不同物理过程相互联系起来。
这使得用户可以更好地了解不同物理过程之间的相互影响，以及系统在不同载荷下的性能和行为。
4. 可靠性和验证：Abaqus经过了广泛的验证和测试，成为了工程界和科学界中最常用的FEA软件之一。
它遵循国际标准和行业规范，并有大量的用户和开发者社区，提供了丰富的教程和技术支持。
使用Abaqus的应用领域Abaqus在各个领域都有广泛的应用，包括航天航空、汽车工程、建筑工程、能源领域、生物医学、材料科学等等。
以下是一些例子：1. 结构分析：Abaqus可以帮助工程师分析和优化建筑、桥梁、船舶、飞机等结构的性能和稳定性。
它可以预测结构在不同载荷和边界条件下的响应，以及寿命和耐久性等方面的问题。
2. 过程模拟：Abaqus可以模拟和优化各种制造和加工过程，如注塑成型、焊接、锻造等。
abaqus软件简介
abaqus软件简介ABAQUS是一种有限元素法软件，用于机械、土木、电子等行业的结构和场分析。
ABAQUS早年属于美国HKS公司的产品，于2000年代中期卖给了达索公司，该软件又被称为达索SIMULIA。
ABAQUS非常适合用作科学研究。
它的说明书专业性强、详实，说明书中验算的实例多来自于公开发表的科研类论文。
ABAQUS的主要模块包含可视化图形界面CAE、隐式求解器STANDARD、显式求解器EXPLICIT三部分，还包含其它若干特殊功能模块。
目录, 软件简介1, 软件功能2, 素材塑性3, 对比分析4, 版本发布5, 其它相关6冲压成型应用 ,应用 ,, 产品7软件简介ABAQUS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。
ABAQUS包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。
并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料。
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(流[1]体渗透/应力耦合分析)及压电介质分析。
真实世界的仿真是非线性的，SIMULIA将成为模拟真实世界仿真分析工具，它支持最前沿的仿真技术和最广泛的仿真领域.SIMULIA为真实世界的模拟提供了开放的，多物理场分析平台。
SIMULIA将同CATIA,DELMIA一起，帮助用户在PLM 中，实现设计，仿真和生产的协同工作。
它将分析仿真在产品开发周期的地位提升到新的高度。
ABAQUS为用户提供了广泛的功能，且使用起来又非常简单。
大量的复杂问题可以通过选项块的不同组合很容易的模拟出来。
例如，对于复杂多构件问题的模拟是通过把定义每一构件的几何尺寸的选项块与相应的材料性质选项块结合起来。
abaqus热传导、应力分析解析
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.
•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。
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
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。
基于ABAQUS的自由辊温度场及热应力场分析
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（2）多种零件排样选择part1、part2、part3，其中，part1的长宽不变为100×70，part2的长宽为200×100，part3的长宽为150×90，板材大小仍然为设800×500，X 间距、Y 间距和零件与板材的边距都设为8，排样对话框设置和在AutoCAD 中的排样结果如图4、图5。
5结论通过排样程序可以看出，ObjectARX 编程环境提供的与MFC 相关的用户界面类AdUi 和AcUi 使开发的应用程序能与AutoCAD 风格界面很好地融合在一起，能在同一个界面对AutoCAD 和MFC 对话框进行操作，同时应用Visual.C ++设计较为复杂的对话框。
虽然用ObjectARX 开发应用程序功能强大，但掌握ObjectARX编程方法并不容易，尤其是运行到AutoCAD 界面出现的错误，因为没有具体的错误提示，很难从程序中找到错误，需要经过不停的调试才能找到原因，这给程序设计带来很大困难。
［参考文献］［1］秦洪现，崔惠岚，孙剑，等．Autodesk 系列产品开发培训教程［M ］．北京：化学工业出版社，2008．［2］江思敏，曹默，胡春江.AutoCAD2000开发工具———ObjectARX开发工具与应用实例［M ］．北京：人民邮电出版社，1999．［3］刘蓉梅，姜秀萍，华徐勇，等．ObjectARX 二次开发及应用实例［J ］．机械设计与制造，2002（3）：27-29.（编辑昊天）作者简介：谢友宝（1968-），男，教授，硕士研究生导师，主要研究方向为机电一体化设备研制、数控技术、CAD/CAM 技术、计算机软硬件系统开发等。
收稿日期：2009-06-18图3排样结果图2设置对话框图5排样结果图4对话框设置基于ABAQUS 的自由辊温度场及热应力场分析杨桂芳1，罗会信1，林刚2，代宗岭2（1.武汉科技大学机械自动化学院，武汉430081；2.中冶京诚工程技术有限公司，北京100081）自由辊是连铸机中重要的零件，在结晶器、支撑导向段、扇形段中都有使用。
abaqus切削热传导公式
abaqus切削热传导公式English Answer:Heat Transfer in Cutting with Abaqus.Heat transfer plays a crucial role in cutting operations, affecting the temperature distribution, tool wear, and workpiece quality. Abaqus offers comprehensive capabilities for modeling heat transfer in cutting simulations, enabling engineers to accurately predict thermal effects and optimize cutting parameters.Heat Transfer Mechanisms in Cutting.During cutting, heat is generated due to friction between the tool and workpiece, plastic deformation of the material, and chip formation. Heat transfer occurs through various mechanisms, including:Convection: Heat transfer between the tool, workpiece,and surrounding environment.Conduction: Heat transfer within the tool, workpiece, and chips.Radiation: Heat transfer through electromagnetic waves.Heat Transfer Modeling in Abaqus.Abaqus provides several methods for modeling heat transfer in cutting simulations:Element-based Heat Transfer: Heat transfer is solved within each element, considering conduction, convection,and radiation.Surface-based Heat Transfer: Heat transfer is applied as boundary conditions on surfaces, such as contactsurfaces between the tool and workpiece.User Subroutines: Custom heat transfer models can be implemented through user subroutines.Governing Equations.The heat transfer analysis in Abaqus is based on the following governing equations:Conservation of Energy: The rate of heat transfer into a control volume minus the rate of heat transfer out of the control volume equals the rate of change of energy within the control volume.Conduction: Fourier's law describes heat conduction as a function of temperature gradient.Convection: Newton's law of cooling describes heat convection as a function of surface temperature and surrounding environment temperature.Radiation: Stefan-Boltzmann law describes heat radiation as a function of surface temperature and emissivity.Material Properties.Accurate material properties are essential for reliable heat transfer simulations. Abaqus requires the following thermal properties:Thermal Conductivity: The ability of a material to conduct heat.Specific Heat Capacity: The amount of heat required to raise the temperature of a unit mass of material by one degree.Density: The mass per unit volume of a material.Boundary Conditions.Appropriate boundary conditions are necessary to define the temperature or heat flux at the simulation boundaries. Common boundary conditions include:Convection Boundary Conditions: Prescribed heattransfer coefficient and reference temperature.Radiation Boundary Conditions: Prescribed surface emissivity and surrounding environment temperature.Temperature Boundary Conditions: Prescribed temperature values on surfaces.Simulation Workflow.The typical workflow for heat transfer modeling in Abaqus involves:1. Defining the geometry and mesh of the model.2. Assigning material properties.3. Applying boundary conditions.4. Specifying heat transfer settings.5. Running the simulation.6. Post-processing the results to analyze temperature distribution, heat flux, and other thermal effects.Benefits of Heat Transfer Modeling in Cutting.Incorporating heat transfer into cutting simulations provides valuable insights into:Temperature Distribution: Predicting the temperature distribution within the tool, workpiece, and chips.Tool Wear: Assessing the impact of heat on tool wear and life expectancy.Workpiece Quality: Evaluating the effects of heat on workpiece surface finish, distortion, and residual stresses.Cutting Parameters Optimization: Identifying optimal cutting parameters to minimize heat generation and improve productivity.中文回答：Abaqus 中切削热传导公式。
abaqus岩土工程实例讲解__概述说明
abaqus岩土工程实例讲解概述说明1. 引言1.1 概述本文主要介绍了在岩土工程领域中使用Abaqus软件进行分析的一些实例讲解。
Abaqus是一款功能强大的有限元分析软件，被广泛应用于各个工程领域，包括岩土工程。
通过具体的案例分析，我们将展示Abaqus在岩土工程中的应用优势和方法。
1.2 文章结构本文共分为六个部分组成。
引言部分是对整篇文章内容的概述说明，介绍了文章所要讲解的内容和目的。
接下来，第二部分将介绍岩土工程基础知识，包括土体性质和力学特性以及岩土工程中常见的问题与挑战。
第三部分是对Abaqus软件进行介绍，包括软件概述与功能特点、主要模块及其应用领域以及建模流程和参数设置方法简介。
接下来两个部分（第四和第五）将详细讲解两个具体的岩土工程案例，并介绍模型建立、材料参数设置、分析步骤以及结果解读等内容。
最后一部分是总结与结论。
1.3 目的本文旨在通过实例讲解的方式，介绍Abaqus软件在岩土工程中的具体应用过程，探讨其在该领域的优势和方法。
通过深入了解和学习这些实例，读者能够更好地理解Abaqus软件在岩土工程分析中的功能特点，并且能够运用所学知识进行实际工程问题的解决。
希望本文能为从事或者对岩土工程感兴趣的读者提供一些有价值的参考和指导。
2. 岩土工程基础知识：2.1 土体性质和力学特性：在岩土工程中，土体的性质和力学特性是非常重要的。
土体可以分为砂、粉砂、黏土、粘性土等不同类型，每种类型的土体都有着不同的物理特性和力学行为。
其中，岩石属于一种特殊类型的土体。
土体的物理特性包括颗粒大小、颗粒形态、密实度等。
这些特性会影响到土体的渗透性、强度以及变形能力。
另外，土体还具有一些重要的力学特性，例如弹性模量、剪切强度和压缩模量等。
这些参数对于岩土工程设计和分析至关重要。
2.2 岩土工程中的常见问题与挑战：岩土工程中常见的问题包括地基沉降、坡面稳定性、地下水渗流以及地震作用等。
针对这些问题进行准确且全面的分析显得十分必要。
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]。
Fluent-Abaqus流固共轭热应力分析
情形一：在fluent完成流体和固体的温度场分析，然后把固体温度场导入abaqus计算热应力。
方法一（在fluent完成结果映射）：1.在fluent同时建立流体和固体模型，进行共轭传热分析。
2.在abaqus中建立固体模型，Model—Edit_Attributes里Do_not_use…打钩，写出INP文件。
3.在fluent打开菜单File —FSI_mapping对话框，左边打开INP文件（注意长度单位），点击Read读入abaqus模型网格。
4.勾选structure分析类型，勾选Temperature，选中固体模型对应的Zone_Type和Cell_Zone名称。
5.点击Write把温度场写入新的INP文件，假定文件名为Filename。
6.在Filename.inp中只保留*Temperature关键字和后续数据行，其余全部删除，OP=New也删除，保存文档。
7.在abaqus初始step定义初始温度场（即零热应力温度场），在热应力Step中添加关键字*INCLUDE, input=filename.inp。
8.提交计算。
方法二（在abaqus完成结果映射）：1.在fluent同时建立流体和固体模型，进行共轭传热分析。
2.菜单File—export—Solution_Data，选择ASCII，选择固体区域，选择Static_Temperature，文件名后缀输入filename.csv。
3.打开filename.csv，删除第一行和第一列，保存前注意有效数字。
4.在abaqus中建立固体模型。
5.建立解析场，数据从filename.csv读入。
6.在定义温度场时引用上述解析场。
7.提交计算。
情形二：在fluent进行流体分析，在abaqus中进行热传导分析，两个软件交替进行计算。
Abaqus分析时从fluent导入表面传热系数和流体温度，fluent分析时从abaqus导入壁面温度。
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
abaqus热分析
作为最常用的热分析求解器，abas具有强大的求解功能。
ABAQUS不仅可用于热传导分析，还可用于温度场与其它场的耦合分析1传热2耦合温度位移三。
热电耦合分析4热电耦合结构分析①热分析在热分析中，材料和元素的准确定义尤为重要。
ABAQUS为该分析提供了一个单元（dc3d8）。
在材料定义方面，ABAQUS提供导电率、比热、密度等。
此外，对于某些特殊效果，可以使用以下材料特性：内部加热（仅ABAQUS/标准）和用户定义的本构响应（ABAQUS）/标准）。
此外，ABAQUS还提供了电导率、比热、密度、弹性模量（Ex）、泊松比等定义。
根据热分析的类型，ABAQUS提供了稳态分析、瞬态分析和非线性分析。
ABAQUS提供各种形式的温度指定、热流密度指定、对流边界条件设置、周围环境中辐射的定义以及自然边界条件和初始条件的设置。
对于热分析中的接触问题，ABAQUS提供了一种热“接触”方法，通过界面传热、热相互作用、间隙传热和间隙辐射来模拟接触部位的传热。
②热耦合分析热应力耦合分析是热分析的重要组成部分。
ABAQUS提供了两种热应力耦合分析方法：序贯耦合分析和全耦合分析。
序贯耦合分析是先进行热传导分析，然后利用热传导分析的结果进行热应力分析。
假设温度引起热应力，但应力对温度没有反应。
完全耦合分析考虑了两者之间的相互作用。
在热耦合分析中，ABAQUS为不同类型的热耦合分析提供了特殊的耦合单元，热传导分析前的材料、载荷和边界定义适用于耦合分析。
③ABAUQS踏面制动器的热分析使用ABAQUS耦合温度-位移分析步骤执行完全耦合热分析。
基于ABAQUS的铝合金热力耦合分析
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。
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
邮
箱：yhyguoyu123@
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；
abaqus热分析
Abaqus：ABAQUS 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。
ABAQUS 包括一个丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。
并拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料，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（流体渗透/ 应力耦合分析）及压电介质分析。
模块：ABAQUS/əba:kjus/有两个主求解器模块—ABAQUS/Standard 和ABAQUS/Explicit。
ABAQUS 还包含一个全面支持求解器的图形用户界面，即人机交互前后处理模块—ABAQUS/CAE。
ABAQUS 对某些特殊问题还提供了专用模块来加以解决。
ABAQUS 被广泛地认为是功能最强的有限元软件，可以分析复杂的固体力学结构力学系统，特别是能够驾驭非常庞大复杂的问题和模拟高度非线性问题。
ABAQUS 不但可以做单一零件的力学和多物理场的分析，同时还可以做系统级的分析和研究。
ABAQUS 的系统级分析的特点相对于其他的分析软件来说是独一无二的。
由于ABAQUS 优秀的分析能力和模拟复杂系统的可靠性使得ABAQUS被各国的工业和研究中所广泛的采用。
ABAQUS 产品在大量的高科技产品研究中都发挥着巨大的作用。
功能：静态应力/位移分析：包括线性，材料和几何非线性，以及结构断裂分析等动态分析粘弹性/粘塑性响应分析：粘塑性材料结构的响应分析热传导分析：传导，辐射和对流的瞬态或稳态分析质量扩散分析：静水压力造成的质量扩散和渗流分析等耦合分析：热/力耦合，热/电耦合，压/电耦合，流/力耦合，声/力耦合等非线性动态应力/位移分析：可以模拟各种随时间变化的大位移、接触分析等瞬态温度/位移耦合分析：解决力学和热响应及其耦合问题准静态分析：应用显式积分方法求解静态和冲压等准静态问题退火成型过程分析：可以对材料退火热处理过程进行模拟海洋工程结构分析：对海洋工程的特殊载荷如流载荷、浮力、惯性力等进行模拟对海洋工程的特殊结构如锚链、管道、电缆等进行模拟对海洋工程的特殊的连接，如土壤/管柱连接、锚链/海床摩擦、管道/管道相对滑动等进行模拟水下冲击分析：对冲击载荷作用下的水下结构进行分析柔体多体动力学分析：对机构的运动情况进行分析，并和有限元功能结合进行结构和机械的耦合分析，并可以考虑机构运动中的接触和摩擦疲劳分析：根据结构和材料的受载情况统计进行生存力分析和疲劳寿命预估设计灵敏度分析：对结构参数进行灵敏度分析并据此进行结构的优化设计软件除具有上述常规和特殊的分析功能外，在材料模型，单元，载荷、约束及连接等方面也功能强大并各具特点：材料模型：定义了多种材料本构关系及失效准则模型，包括：弹性：线弹性，可以定义材料的模量、泊松比等弹性特性正交各向异性，具有多种典型失效理论，用于复合材料结构分析多孔结构弹性，用于模拟土壤和可挤压泡沫的弹性行为亚弹性，可以考虑应变对模量的影响超弹性，可以模拟橡胶类材料的大应变影响粘弹性，时域和频域的粘弹性材料模型塑性：金属塑性，符合Mises屈服准则的各向同性和遵循Hill准则的各向异性塑性模型铸铁塑性，拉伸为Rankine屈服准则，压缩为Mises屈服准则蠕变，考虑时间硬化和应变硬化定律的各向同性和各向异性蠕变模型扩展的Druker-Prager模型，适合于沙土等粒状材料的不相关流动的模拟Capped Drucker-Prager模型，适合于地质、隧道挖掘等领域Cam-Clay模型，适合于粘土类土壤材料的模拟Mohr-Coulomb模型，这种模型与Capped Druker-Prager 模型类似，但可以考虑不光滑小表面情况泡沫材料模型，可以模拟高度挤压材料，可应用于消费品包装、及车辆安全装置等领域混凝土材料模型，这种模型包含了混凝土弹塑性破坏理论渗透性材料模型，提供了依赖于孔隙比率、饱和度和流速的各向同性和各向异性材料的渗透性模型。
ABAQUS介绍
ABAQUS的整体界面
模型树， 可以查 看一个 模型中 所包含 的内容。
打开软件，我们可以 选取的四种操作。依 次为：创建模型，打 开数据，运行脚本程 序，打开帮助文档。 我们一般选择创建模 型。
整体介绍ABAQUS
• • • • 1 ABAQUS界面整体介绍 ABAQUS界面说明 2 工具栏说明 ABAQUS工具栏说明 2 各功能模块中相同的菜单说明 ABAQUS相同菜单说明 3 ABAQUS功能模块说明 ABAQUS功能模块说明
图3 生成的数据轴
返回创建数据轴
旋转选定面生成数据面
图1 选择要旋转的平面
图2 选择旋转轴
旋转选定面生成数据面方法：(1) 点击 Tools->Datum->Plane->Rotate from plane 。（2）选择要旋转的面，如图1红 色的平面。（3）选择旋转轴，如图2中 带箭头的直线，在窗口下方提示区输入 旋转的角度。敲击Enter完成数据面的定 义。
查 询 （ query) 快 捷 键 显 示 组 快 捷 键 帮 助 返回ABAQUS总体说明
各模块中相同的主菜单说明
视角选择
管理模型
创建模型 复制模型 复制对象 编辑模型属性，如子模 型分析和重启动分析 编辑关键词 为模型重命名 透视关 透视开 模型树的开启与关闭 调 用 调 用 帮 助 文 档 平移模型 选择模型 放大/缩小模型 放大/缩小模型 自动调节模型大小
三点生成坐标系的方法
快捷图标，按照窗口 提示操作。
图3 创建一个数据平面
图4 创建一个局部坐标系
返回Tools说明
移动两条不平行的边生成数据点
移动两条不平行的边生 成数据点的方法：(1)点 击Tools->Datum>Point->Offset from 2 edges.（2）按照提示 选择一个放置数据点的 面，如图1红色区域。(3) 图1 选择数放置数据点的面 图2 选择第一条边 选择第一条边，如图2 中紫色的线，并在窗口 下方提示区域输入移动 的数值，敲Enter键。 （4）选择第二条边， 如图3中第二条紫色线， 并在窗口下方提示区域 输入移动的数值，敲 Enter键，完成数据点的 定义，如图4所示。
ABAQUS功能介绍
Module:job
创建 编辑 工作 工作
联合 边
7、编辑网格
Module:Visualization
1 3 5 7 8 10 11 13 14 16 18 15 17 19 2 4 6 9 12
1、线框图 2、未变形图 3、变形图 4、云纹图 5、变量的大小和方向 6、材料方向 7、显示曲线图 8、按比例显示动画 9、按增量显示动画 10、谐函数显示动画 11、创建坐标系 12、编辑11 13、颜色编码 14、创建X-Y曲线图 15、编辑14
三点 移动旧 确定 坐标系 两线 确定
19、修补边
合并 部件
合并 去除平 曲线 面线
20、修补面
合并 合并 删除 小面 面 面
壳变 修补 实体 面
创建 移除 面 小面
Moduel:property
1、创建材料 2、编辑1 3、选择材料 4、编辑3 5、部件赋材 6、编辑5 7、材料取向
主要分析功能
ABAQUS主要具有以下分析功能 （1）静态应力/位移分析 包括线性、材料非线性、几何非线性、 结构断裂分析等。 （2）动态分析 包括频率提取分析、瞬态响应分析、稳态响应分 析、随机响应分析。 （3）非线性动态应力/位移分析 包括各种随时间变化的大位移分 析、接触分析等。 （4）粘弹性/粘塑性响应分析 粘弹性/粘塑性材料结构的响应分 析。 （5）热传导分析 传导、辐射和对流的瞬态或稳态分析。 （6）退火成形过程分析 对材料退火热处理过程的模拟。 （7）质量扩散分析 静水压力造成的质量扩散和渗流分析等。 （8）准静态分析 应用显示积分方法求解静态和冲压等准静态问 题。
用户操作界面
模型树 标题栏 环境栏 主菜单 工具栏 试图区
2
信息去或命令行接口 工具区
ABAQUS有限元仿真分析软件中结构单元的温度设定
ABAQUS有限元仿真分析软件中结构单元的温度设定 Abaqus在进⾏热应⼒分析过程中，往往使⽤结构单元（薄壳或梁）来替代实体单元。
但是结构元素在三维空间没有实际的厚度，进⽽⽆法直接指定厚度⽅向上温度，这时就必须通过间接的⽅式来指定温度在厚度⽅向的分布情形。
现在，有限元科技⼩编就以薄壳在Abaqus中的温度设定来说明。
1、薄壳的热传导
薄壳元素在厚度⽅向的温度⾃由度有底部的N11开始计算，进⽽可知在厚度⽅向有若⼲个积分点，则为N11、N12、…。
2、薄壳的截⾯
在对薄壳赋予截⾯属性时，需要设定厚度⽅向积分点数量和温度计算法则。
积分点设定温度计算法则设定
3、薄壳温度初始条件指定
薄壳厚度⽅向上温度⽅式包含3种：
厚度⽅向温度为：“常数”
通过指定区域指定常数100，来定义厚度⽅向的温度都为100℃。
厚度⽅向温度为：“线性分布”
通过温度梯度变化情况，来对shell区域确定以线性分布的温度情形。
其中梯度的⼤⼩表⽰厚度⽅向的温度变化情况，通常以GradT*d来表⽰厚度上下表⾯的温度差。
（GradT梯度D为厚度）。
厚度⽅向温度为：“⾃由定义”
在厚度⽅向温度的指定过程中，如果指定温度的数量与积分点不⼀致时，必须在断⾯设定Piecewiselinear，使温度内差⾄积分点上。
4、结论
本⽂简单介绍了在ABAQUS中对结构单元（薄壳或梁）赋加温度的⽅式，从⽽满⾜⼤家在使⽤中的选择。
如有CAE业务的需要请联系电话：137********，咨询QQ：1796546221
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abaqus热分析
ABAQUS作为最常用的求解器，具有强大的仿真功能和热分析求解能力。
ABAQUS 不仅可以用于热传导分析，还可以用于温度场和其他领域的耦合分析1.传热2.耦合温度位移3.耦合热电分析4.耦合热电结构分析①导热分析对于热分析，准确定义材料和元素尤为重要。
ABAQUS为此分析提供了一个单位（dc3d8）。
在材料定义方面，ABAQUS提供电导率，比热，密度等。
此外，对于某些特殊效果，可以使用以下材料属性：内部发热（仅ABAQUS /标准）和用户定义的本构响应（ABAQUS）/标准）。
此外，ABAQUS提供了电导率，比热，密度，弹性模量（Ex），泊松比等的定义。
根据热分析的类型，ABAQUS提供稳态分析，瞬态分析和非线性分析。
ABAQUS提供各种形式的温度指定，热通量指定，对流边界条件设置，对周围环境的辐射的定义以及自然边界条件和初始条件的设置。
对于热分析中的接触问题，ABAQUS提供了一种热“接触”方式，它通过界面传热，热相互作用，间隙传热和间隙辐射来模拟接触位置的传热。
②热耦合分析热应力耦合分析是热分析必不可少的部分。
ABAQUS提供了两种方法进行热应力耦合分析，顺序耦合分析和完全耦合分析。
顺序耦合分析是先进行热传导分析，然后使用热传导分析的结果进行热应力分析。
假定温度会导致热应力，但是应力对温度没有响应。
完整的耦合分析考虑了两者之间的相互反应。
在热耦合分析中，ABAQUS为不同类型的热耦合分析提供了特殊的耦合元素，并且热传导分析前面的材料，载荷和边界的定义适用于耦合分析。
③ABAUQS胎面制动的热分析使用ABAQUS耦合温度位移分析步骤执行完全耦合热分析。
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幅值曲线
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。
-- 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 NT12 NT11
n
-- 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。
•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。 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)
•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。
ABAQUS 专题教程
——热传导、应力分析 热传导、 热传导
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
q = −k
∂T ∂x
Ta L
Q
A
Tb
Tb − Ta Q = qA = −kA L
介绍 -- 比热 ，衡量物质储存热的能力 单位： J/M/℃
Q∆t = ρVc∆θ
时间增量 比热 温度增量
-- 一维热传导公式
∂θ ∂ 2θ =k 2 ρc ∂t ∂x
1 ∂θ ∂ 2θ = 2 α ∂t ∂x
k α= ρc
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 Te = Room temp (23oC) h = 10W/m2/oC 辐射率=1 Heat flux 温度越高，辐射现象越强
•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。
*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
定义 h
q
流体，温度θ
*FILM PROPERTY, NAME = H1 11.6E-6, 40 14.2E-6, 60 19.3E-6, 80
h是温度θ的函数
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
分布热流量(通过关键字 *DFLUX 或 DSFLUX 施加 *DFLUX 可以施加在面或体上 *DSFLUX 只能施加在面上
*DFLUX， AMP= amp-1 ELHOL， S1， 300
*DSFLUX， AMP= amp-1 SHOL， S， 300
q
边界条件与载荷
3. 边界层(薄膜)条件 -- 热传导中最常见的一种边界条件是一个自由表面被紧临的流体加热或降温 -- 关键字 *CFLIM， *FILM 和 *SFILM 用于定义边界层条件。 -- 边界层系数 h 是 ABAQUS 的一个输入参数，量纲: JL-2T-1θ-1 -- 边界层系数的重要性: 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。
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 …
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。
热扩散率
介绍 -- 类比
Stress Heat
u
σ
I = ∫ β T σ dV
V
θ q
I = ∫ β T qdV
V
D
K
β T D β dV ∫
V
β T K β dV ∫
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 *HEAT TRANSFER 瞬态分析(默认) 稳态分析 *HEAT TRANSFER, STEADY STATE
*MATERIAL,NAME=MATERIAL-1 *CONDUCTIVITY 1.0 *DENSITY 1.0 *SPECIFIC HEAT 1.0
比热：*SPECIFIC HEAT, --比热可以ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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）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 θ ABAQUS中用自由度11表示温 度。 节点温度输出变量为 NT11.
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
温度 *SFILM 二维情况下施加在面上
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)
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