ABAQUS应用培训热分析实例

1、有限元分析 -ABAQUS的应用热分析及热应力分析方 刚2015年7月2015/7/51本次培训的主要内容一 工程中的有限元应用简介二 ABAQUS的介绍三 前处理 1（几何建模、材料定义与网格划分）四 前处理 2（边界条件的定义）及有限元模拟五 后处理（结果读取及分析）六 结构静力学分析七 热分析及热应力分析八 结构动力学分析九 材料和几何非线性分析一接触问题的处理和分析一一 ABAQUS分析复杂案例剖析及实践动态及动力学分析21传热过程分析的基本原理传热过程的基本方程稳态传热过程的有限元分析列式热应力问题的有限元分析列式3热传递的方式42热传递的方式5传热过程的基本方程传热过程的基本变量及

2、方程传热过程的基本变量就是温度，它是物体中的几何位置以及时间的函数。热传导问题的控制方程 (governingequation)Fourier传热定律能量守恒定律控制方程63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。k t xk为导热系数或热导率W/( oC?m)能量守恒定律： 导入微元体的总热流量 +微元体内热源的生成热 =导出微元体的总热流量 +微元体内能增量7传热过程的基本方程热传导问题的控制方程(governing equation)

3、kTkTzk Tqc pTxxyyzt热能从体内外之间的传递量内部生成的热能能量的变化（流入 - 流出）84传热过程的基本方程传热边界条件给定温度给定热流密度给定表面传热系数及周围流体的温度9传热过程的基本方程传热过程分析的求解原理( 求极值问题)初始条件 (initial condition)T ( x, y, z, t0)T0 ( x, y, z)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minI1x (T )2y (T )2z (T)2 2( QcTT )T dBC S1,S2,S32xyztTIC在实际问题的处理过程中，后两类边

4、界条件事先较难满足，因此，可将这两个条件耦合进泛函中，即min I1x (T )2y (T ) 2 z (T)2 2( QcTT )T dTBC S12xyztICq f TdA1hc TT 2 dAS22S3这实际上与结构分析中的最小势能原理类似，也是求一个积分函数(称为泛函 )的极值问题105稳态传热过程的有限元分析列式对于 稳态问题 (steady problem) ，即温度不随时间变化，有T0t再加上无热源的条件，泛函表达式为：minBCSI1x (T ) 2y (T )2z (T ) 2 dS2qf TdA1S3hc T T2dAT12xyz2IC11稳态传热过程的有限元分析列式将物

5、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Tex, y, zN x, y, zeN x, y, z单元形状函数列阵qTqTeTT1T2Tn单元节点温度列阵将温度场函数带入到泛函并求极值IeeeqTe0K TqTPT单元传热方程N TNTNN TNeNd单元传热矩阵K TexxxyyyzzzN T NdASe3cPTeeQNT deqf N T d Ae hc T N T d单元节点 等效温度载荷列阵S2S3126ABAQUS传热分析- 热物性参数输入稳态传热分析：Create MaterialThermalConductivity.（导热系数）瞬态热分析Create Mater

6、ialThermalHeat Generation.（二次开发定义的热生成）Inelastic heat fraction.( 非弹性变形能转化为热量的比例)Joule heat fraction.( 电产生的焦耳热比例)Latent heat（潜热）Special heat (比热 )132015/7/5ABAQUS传热分析-稳态热分析Part ：直径 10mm，长度 200mm的圆柱Assembly3.Properties ： conductivity80W/(C mm), section, assign section4.Step ： Heat transferSteady state5

7、.Load:Create LoadSurface flux,选择圆柱的一端面施加210W/mm6.Load:Create BCTemperature,选择圆柱的一端面施加25C7.Mesh： seed part ， mesh part, *Assign element type: heat tr.根据傅里叶定律，解析解：142015/7/57ABAQUS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.Material ：conductivity80W/( Cmm),Density,2.7e-9,Special heat 0.82.Step ：Heat transferTransie

8、nt, time 0.000013.Step, field output,frequency: Evenly space time interval: 10在后处理中可以观察其升温过程152015/7/5ABAQUS传热分析-热应力分析1.Part ，Property(Elasticity, Expansion,Conductivity 45) ，Assembly 略2.Step, 选择 Coupled temp-displacement，steady state3.Load,Create BC两侧位移约束， Create BC ，选择 other, temperature, step 1,选择整个物体施加 25度4.Model tree, predefined field, initia