ABAQUS热传导与热应力分析
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热传导与热应力分析详解
热扩散率
介绍 -- 类比
Stress Heat
u
I T dV
V
q
I T qdV
V
D
K
T DdV
V
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
•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)
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
介绍 -- 类比
Stress Heat
u
I T dV
V
q
I T qdV
V
D
K
T DdV
V
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
•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)
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
abaqus热传导应力分析详解学习教案
密度(mìdù)
比热
温度变化率
外部热量
内部热量
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第六页，共43页。
介绍(jièshào)
热传导分析(fēnxī)中的基本物理量
-- 温度(wēndù) 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
第9页/共43页
第十页，共43页。
材料(cáiliào)热性质定义
•材料(cáiliào)的热性质在inp 中的 *MATERIAL 关键字定义
*MATERIAL,NAME=MATERIAL-1 *CONDUCTIVITY 1.0 *DENSITY 1.0 *SPECIFIC HEAT 1.0
材料热性质定义
*DFLUX， AMP= amp-1 ELHOL， S1， 300
q
*DSFLUX， AMP= amp-1
SHOL， S，
300
第16页/共43页
第十七页，共43页。
边界条件与载荷(zài hè)
3. 边界层(薄膜)条件(tiáojiàn)
-- 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(cānshù)，量纲: JL-2T-1q-1 -- 边界层系数的重要性:
的。
第12页/共43页
第十三页，共43页。
热传导单元(dānyuán)定义
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应用培训-07 热分析实例
7. Mesh：seed part，mesh part, *** Assign element type: heat tr.. 根据傅里叶定律，解析解：
14
2015/7/5
7
ABAQUS传热分析-瞬态热分析
在稳态分析模型的接触上，做出如下修改
1. 2. 3. Material：conductivity 80W/(Cmm),Density,2.7e-9,Special heat 0.8 Step：Heat transfer Transient, time 0.00001
求解传热问题的提法为，在满足边界条件及初始条件的许可温度场中，真 实的温度场使以下泛函 I 取极小值，即
BC S1 , S 2 , S 3 T IC
min
I
1 T 2 T T T x ( ) y ( ) 2 z ( ) 2 2( Q cT )T d 2 x y z t
Fourier传热定律 能量守恒定律
控制方程
6
3
传热过程的基本方程
• Fourier定律：单位时间内通过单位截面积所传递的热量（热流密度， Heat Flux）正比于当地垂直于截面方向上的温度变化率（梯度），热 量传递的方向与温度升高的方向相反。
q k
t x
k为导热系数或热导率[W/(oC▪m)]
1
T 2 T 2 T 2 1 2 x ( x ) y ( y ) z ( z ) d S2 q f TdA 2 S3 hc T T dA
11
稳态传热过程的有限元分析列式
将物体离散为单元体，将单元的温度场表示为节点温度的插值关系，有
16
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热传导与热应力分析
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-1-1 -- 边界层系数的重要性: 热传导的结果严重依赖这个参数
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
•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.
Film, coefficient h
边界条件与载荷
3. 边界层(薄膜)条件
ABAQUS热分析
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
ZERO = -273.16
STEFAN BOLTZMANN = 5.6697E-8
精选ppt
20
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
-- ‘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
QqAkATbTa
精选ppt L
7
介绍
-- 比热 ，衡量物质储存热的能力 单位： J/M/℃
QtV c
时间增量 比热 温度增量
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
ZERO = -273.16
STEFAN BOLTZMANN = 5.6697E-8
精选ppt
20
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
-- ‘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
QqAkATbTa
精选ppt L
7
介绍
-- 比热 ，衡量物质储存热的能力 单位： J/M/℃
QtV c
时间增量 比热 温度增量
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
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
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
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热分析课稿
*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
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-1-1 -- 边界层系数的重要性: 热传导的结果严重依赖这个参数
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
•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
ABAQUS热分析
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
页码，5/14
/view/d16dff05cc17552707220897?pn=2&vw=all&ssid=&from=&bd_page_type=1&uid=806880DB5C59C1... 2013-10-9
/view/d16dff05cc17552707220897?pn=2&vw=all&ssid=&from=&bd_page_type=1&uid=806880DB5C59C1... 2013-10-9-Boltzmann常数和绝对零度 *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
页码，6/14 第3/6页
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.6页
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1 1 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 *C FILM, *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)
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
页码，5/14
/view/d16dff05cc17552707220897?pn=2&vw=all&ssid=&from=&bd_page_type=1&uid=806880DB5C59C1... 2013-10-9
/view/d16dff05cc17552707220897?pn=2&vw=all&ssid=&from=&bd_page_type=1&uid=806880DB5C59C1... 2013-10-9-Boltzmann常数和绝对零度 *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
页码，6/14 第3/6页
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.6页
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1 1 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 *C FILM, *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热传导应力分析.
*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
k c热扩散率Fra bibliotek介绍 -- 类比
Stress Heat
u
I TdV
V
q
I T qdV
V
D
T DdV
K
V 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
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 63.0,20,160 70.5,200,200 设置包括的预设场变量数量 温度 场变量 … *INITIAL CONDITIOINS,TYPE=FIELD,VAR=1 NALL,160 … *STEP … *FIELD,VARIABLE=1,AMPLITUDE=TIMEVAR NALL,180 … *END STEP
Abaqus热应力分析、热诱导振动分析简单实例
NUAA
NUAA--Kong Xianghong
Page � 3
2. Solution
2.2. Create Material & Section
壳厚度为3mm。
NUAA
NUAA--Kong Xianghong
Page � 4
2. Solution
2.3. Assign Section
NUAA
NUAA--Kong Xianghong
NUAA--Kong Xianghong
Page � 21
3. Comparative Study
3.2. Create Field Output
NUAA
NUAA--Kong Xianghong
Page � 22
3. Comparative Study
3.3. Define Element Type
2. Solution
2.16. Results & Visualization (2)
NUAA
NUAA--Kong Xianghong
Page � 18
2. Solution
2.17. Results & Visualization (3)
NUAA
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Page � 19
NUAA
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Page � 8
2. Solution
2.7. Edit Field Output Request
NUAA
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2. Solution
2.8. Create a Set for History Output
基于ABAQUS的热应力分析
基于ABAQUS的热应力分析热应力分析是一种用于研究物体在温度变化下产生的应力变化的方法。
在工程设计中，热应力分析可以用于评估零件或结构在温度变化下的稳定性和可靠性。
ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以用于进行热应力分析。
在ABAQUS中进行热应力分析的基本步骤如下：1.定义几何模型：首先需要根据实际情况创建一个几何模型。
可以通过ABAQUS中的几何建模工具创建几何体，也可以导入已有的CAD模型。
2.定义材料特性：接下来需要定义材料的热物性参数。
ABAQUS提供了多种材料模型，可以根据实际情况选择合适的模型。
在热应力分析中，需要定义材料的热导率和热膨胀系数等参数。
3.定义温度加载：在热应力分析中，温度加载是一个非常重要的因素。
可以通过定义恒定温度、温度梯度或温度函数等方式对模型进行加热或冷却。
ABAQUS提供了丰富的温度加载选项，可以根据具体需求进行配置。
4.定义边界条件：根据实际情况，在模型中定义边界条件。
这些边界条件可以包括约束条件、固定支撑点和力加载等。
在热应力分析中，边界条件可以用于约束模型的自由度，以及模拟外部力的作用。
5.网格划分：在进行有限元分析之前，需要对几何模型进行网格划分。
网格划分的精度和质量将直接影响到分析结果的准确性。
ABAQUS提供了多种网格划分工具，可以根据具体需求选择合适的方法。
6.定义分析步：根据实际情况，定义热应力分析的时间步长和总时长。
ABAQUS提供了多种分析步选项，可以根据具体需求进行配置。
在热应力分析中，需要考虑热传导和热膨胀的时间尺度。
7.运行分析：完成模型设置后，可以运行热应力分析。
ABAQUS将根据设定的边界条件、材料特性和加载条件对模型进行求解，得到温度分布和应力分布等结果。
8.结果分析：分析完成后，可以使用ABAQUS提供的后处理工具对结果进行可视化和分析。
可以绘制温度云图、应力云图、应变云图等等，以便更好地理解模型的行为。
总结：通过上述步骤，可以使用ABAQUS进行热应力分析。
ABAQUS专题教程热传导和热应力分析PPT文档45页
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
ABAQUS专题教程热传导和应力分
析
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
ABAQUS热应力分析实例详解
ABAQUS热应力分析实例详解热应力分析是指在材料受到热载荷的作用下，由于温度和热应力的非均匀分布而产生的应力状态。
ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以用于进行热应力分析。
下面将以一个实例来详细介绍ABAQUS热应力分析的流程和步骤。
假设我们有一个具有热源的方形材料板，需要分析其热应力分布情况。
首先，我们需要确定仿真模型的几何尺寸和材料属性。
假设板材的尺寸为10cm x 10cm，材料为铝，具有线膨胀系数α=23.1×10^-6/°C和热导率λ=237W/m·K。
1. 创建模型：打开ABAQUS软件，创建一个新模型，并在模型中创建一个二维平面应变比例等效热应力分析。
选择“3D”模型，然后在“Parts”面板中点击右键，选择“Create”->“Part”，设置尺寸为10cm x 10cm。
2. 材料属性定义：在“Model”面板中选择“Materials”->“Create”->“Isotropic”来定义材料的力学性能。
输入铝的杨氏模量E=71 GPa和泊松比ν=0.333. 模型网格划分：在“Model”面板中选择“Mesh”->“Create”->“Part”，选择要进行网格划分的实体和面，然后定义网格大小。
可以根据需要设置不同大小的网格。
4. 网格单元类型选择：在“Mesh”面板中选择网格划分的网格单元类型。
可以选择线性三角形元、线性四边形元或其他类型的单元。
5. 温度加载：在“Model”面板中选择“Loads”->“Create”->“Temperature”来定义温度加载。
选择加载的表面或体实体，并设置温度大小和类型（恒定温度或温度曲线）。
6. 边界条件定义：在“Model”面板中选择“Bounadry Conditions”->“Create”->“Encastre”来定义边界条件。
选择边界条件所在的边或节点，并设置边界条件类型（固支、自由度约束等）。
ABAQUS热传导与热应力分析ppt课件
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
严格执行突发事件上报制度、校外活 动报批 制度等 相关规 章制度 。做到 及时发 现、制 止、汇 报并处 理各类 违纪行 为或突 发事件 。
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ABAQUS热分析课稿
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
温度 *SFILM 二维情况下施加在面上
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
*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。
-- 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。
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—— 热传导求解能力是从求解热应力问题中发展出来的
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
插值方法决定的。
刘海燕
热传导单元定义
•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。
刘海燕
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：
*MATERIAL,NAME=MATER*--CI热OAN传DL导U-率C1T可IV以IT是Y,温TY度P的E=函IS数O|，OR这T样HO就|A成N了IS一O 个非线性问题。
-- ‘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 刘海燕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
c
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
刘海燕
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
密度：*DENSITY, --密度可以定义为随温度与场变量变化
*STEP … *FIELD,VARIABLE=1,AMPLITUDE=TIMEVAR
NALL,180
…
*END STEP
刘海燕
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
刘海燕
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
刘海燕
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
ABAQUS 专题教程
——热传导和热应力分析
刘海燕
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
刘海燕
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。
刘海燕
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。
t
k
2
x2
1
t
2
x 2
k c
热扩散 率
刘海燕
介绍 -- 类比
Stress
Heat
u
q
I TdV
V
D
I T qdV
V
K
T DdV
V
T KdV
V
刘海燕
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) *HEAT TRANSFER, STEADY STATE 稳态分析
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
插值方法决定的。
刘海燕
热传导单元定义
•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。
刘海燕
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：
*MATERIAL,NAME=MATER*--CI热OAN传DL导U-率C1T可IV以IT是Y,温TY度P的E=函IS数O|，OR这T样HO就|A成N了IS一O 个非线性问题。
-- ‘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 刘海燕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
c
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
刘海燕
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
密度：*DENSITY, --密度可以定义为随温度与场变量变化
*STEP … *FIELD,VARIABLE=1,AMPLITUDE=TIMEVAR
NALL,180
…
*END STEP
刘海燕
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
刘海燕
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
刘海燕
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
ABAQUS 专题教程
——热传导和热应力分析
刘海燕
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
刘海燕
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。
刘海燕
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。
t
k
2
x2
1
t
2
x 2
k c
热扩散 率
刘海燕
介绍 -- 类比
Stress
Heat
u
q
I TdV
V
D
I T qdV
V
K
T DdV
V
T KdV
V
刘海燕
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) *HEAT TRANSFER, STEADY STATE 稳态分析