热传导与热应力分析(ppt)

1、ABAQUS专题教程热传导和热应力分析，第一节：固体热传导的介绍，分析过程材料的热性质ABAQUS/Standard中热传导单元组边界条件和载荷稳态分析的非线性分析，介绍，- ABAQUS主要用于“应力分析”的软件热传导求解能力是从热应力问题的求解发展起来的，包括ABAQUS中的热传导特性稳态响应瞬态响应时间步长，热传导边界条件的组合材料特性(和载荷)依赖于温度，“接触”允许“接触面”上的热流，温度场可以很容易地导入热应力分析中特性潜热项(根据相变)对流应力-导热耦合分析功能强制导热壳单元(厚度方向温度梯度)空洞辐射(加热炉升温)功能，介绍， ABAQUS什么也做不了ABAQUS不是专业的热传

2、导分析软件，而是通过流体分析自由对流浮力移动流动的不适应热冲击问题的网格的不可逆热传导分析，力平衡和能量保存的类比在应力分析中，ABAQUS是力平衡方程式： mu=p 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-热传导率测定k物质中的热流动的能力单位J/T/L/3:的热流量是热传导率和温度梯度3360，Ta，Tb，a，l，q，-比热， 物质积蓄热的能力单位

3、： J/M/，时间增量，温度增量，比热，-一维热传导式，热扩散率，介绍，-模拟，压力， 对于Heat、分析过程和ABAQUS/Standard，热分析的执行将几何体离散化为散热传导单元，*HEAT TRANSFER过程选项*HEAT TRANSFER暂态分析(缺省) *HEAT TRANSFER，STEADY STATE 此功能通过设置适当的边界条件，除了能够模拟纯热传导工程的空腔辐射和用户子例程中定义的不均匀热载荷之外，ABAQUS/Standard中可用的热特性还可以在Explicit中使用。 材料的热性质的定义，材料的热性质的inp中*MATERIAL关键字的定义，*MATERIAL，

4、name=material-1 *conductivity 1.0 * density 1.0 * specificheat 1.0，热传导率： * conductivity各向同性(缺省)或各向异性(正交或完全)的类型参数-热传导率可以是预先设置的场变量的函数。 与预设场变量相关的材料属性不是非线性的。 ABAQUS使用简单的插值方法来确定材料属性。例如， *CONDUCTIVITY，从属=163.0，20，160，70.5，200，200* initialconditins，TYPE=FIELD，VAR=1 NALL，160* step* variable=1amplitude=time

5、var nall， 180 *END STEP，材料的热性质定义，温度，字段变量，设定中包含的预设定字段变量的数量，比热： *SPECIFIC HEAT，-比热可以定义为根据温度和字段变量而变化-大部分材料的比热随温度而变化，密度： * DENSITY -密度是温度和场变量的变化，热传导单元的定义，连续单元： ABAQUS中的连续扩散热传导单元库将：一次(线性)插值单元二次(抛物线)单元一维、二维、轴对称和三维应用，单元命名规则：DC 连续体continuum、节点数、几何3D单元、-这些单元节点的基本变量(自由度)用温度标量q ABAQUS以自由度11表示温度。 节点温度输出变量为NT11

6、.点单元热容量单元HEATCAP模拟可以是点的集中热容量为温度或场变量的函数，壳单元的一次和二次插值是轴对称单元(DSAX1，DSAX2 )和三维(DS3，DS3 ) 壳单元模拟承受热载荷的薄壁结构，例如：压力容器、配管系统和金属片部件等。 热传导单元的定义-壳单元表面下的温度自由度为11 (输出变量为NT11) -表面的温度自由度为10 n，n在壳截面使用的截面点数-单层(均质)壳中，截面点厚度均匀分布，缺省值为每5点-壳必须为奇数个截面点。 这是ABAQUS/standard在厚度上使用分段抛物线型插值方法决定的。、n、NT11，NT12，NT13，、 -由于单元在各壳节点的厚度方向上的多

7、点提供温度自由度，因此温度不仅因壳的基准面而变化，也因厚度方向而变化，热传导单元的定义、复合材料的壳单元、多层复合材料的壳可以由各层不同的厚度、不同主方向的材料构成在壳部分，*壳部分，组合层1的厚度，温度自由度数(截面点数)，材料名称方向参照的定向名称层2的厚度，温度自由度数(截面点数)，材料名称，材料方向参照的定向名称层3的厚度，温度自由材料名称、材料方向参照的定向名称、多层复合材料的热壳的缺省截面点数必须与所有层的单层截面点数相同。 对于边界条件和载荷、边界条件和应力分析，每个自由度都有一对共轭变量：位移-作用或反作用力缺省情况下，位移是未知的，力是已知的。 在热分析中，此共轭变量的温度-

8、热率(每单位时间的能量流)默认为温度未知，热率为已知-已知的热率=0，相当于绝热边界条件的-外部能量不流入或流出节点。ABAQUS的某些热边界条件和热载荷1 .在某些节点上温度、*BOUNDARY、自由度11 .在某些点或部分表面或体积上热系数*DFLUX、*DFLUX、*DSFLUX 3.在某些点或部分表面上预设边界层(薄膜)条件* cfilm * ffilm films4.一个位置或表面上的辐射条件*RADIATE、*RADIATE和*SRADIATE 5.自然边界条件(缺省)、边界条件和载荷、1 .缺省温度、*BOUNDARY TNODE、11、11、500、节点集、第一自由度、温度温度

9、值不会变成：变化的温度：*边界，amplitude=amp-1节点，11，11，500，温度振幅，温度受振幅曲线amp-1控制，1，1，t，0，振幅曲线，变化的温度，500 t温度的共轭反作用力是热率(热能进入预先设定的温度值的节点的流通率)输出变量： RFLn、边界条件和载荷、2 .预先设定的热流量(热率)、节点的集中热流量(与自由度11共轭)由关键字*CFLUX给出的*CFLUX， AMP=amp-1 FNODE，11，30，热率的参考值，输入可以参考AMPLITUDE曲线，输入的热率随时间变化。 输出变量CFLn反映节点*CFLUX的当前值。 分布热流量(根据关键字*DFLUX或DSFL

10、UX，*DFLUX只能适用于面或身体*DSFLUX只能适用于面，*DFLUX，AMP=amp-1 ELHOL，S1，300，*DSFLUX，AMP=amp-1 SHOL 条件-热传导中最常见的边界条件是自由表面被流体加热或降温-关键字*CFLIM、*FILM和*FILM用于定义边界层条件。 -边界层系数h是ABAQUS的一个输入参数，维数： JL-2T-1q-1 -边界层系数的重要性：热传导的结果很大程度上依赖于该参数，h是流体雷诺数和流通温度的函数，但表面状况，例如粗糙度、污垢和方位和强的相位通常，h的取法需要通过试验校正来决定。，Film，coefficient h，流体，温度q，Film

11、属性，name=h 111.6 e-6，40.2 e-6，60.3 e-6，80，定义h，h是温度q的函数，边界条件和载荷，3 .边界层(薄膜)条件， *CFILM被施加到节点上，在*CFILM NODESET、100 .450、2.3e-3、*FILM维的情况下为单侧，在三维的情况下为单元面，在*FILM ELSET、F3 .450、2.3e-3、面积、温度、h、温度、h、*FILM维的情况下为面450 2.3E-3、温度、h、边界条件和载荷、4 .向环境的辐射、热传导的另一边界条件是黑体辐射，q=-A(T4 - Te4)，*CRADIATE施加到节点上，*CRADIATE NODESET，

12、100 .450，0.1，emissivity (RADIATE是向单元施加*RADIATE ELSET，R1 .450，0.1，*SRADIATE被施加在面上的*CRADIATE SURSET，r .450，0.1， 要定义单元面编号、辐射边界条件，必须定义Stefan-Boltzmann常数和绝对零度，*PHYSICAL CONSTANTS，absolute zero=-273.16 Stefan Boltzmann=5.6697 e-8，边界条件和载荷，4 .环境放射率emissivity是测量表面接近理想黑体多少的指标，有几种常用材料的放射率： commercialuminumshee

13、t :09 heavilyoxidizedaluminumsheet :2 polished gold 333 ate :6在板上：07 turned heattedcastiron :44 type 301 stainlesssteel :58 red brick :93 blackshinylacque itevamish:09water33 360 0.95、边界条件和载荷、4 .是否需要考虑环境辐射、辐射边界条件、薄膜、辐射、热流、曲面模板、0，200， 100、Te=Room temp (23oC) h=10W/m2/oC放射率=1温度越高辐射现象越强，边界条件和载荷，5 .自然边界

14、条件是在任何温度下都没有被赋予热流的外部热流的表面，默认条件是通过表面的q=0， 即没有通过表面的热流：理想隔热条件，这是自然(没有热负荷)边界条件，例如，稳态解析例，二维热传导，x，y，1.0，0.5 a，b，c，d，e，0.2， conductivity=52w/m/ocfilmcoefficient=750 w/m2/ocboundaryconditions :=100 occalongabheatflux=0alongdaconvectiontoambienttemperatureof0ocalongbcandcdobjective : findqla 定义3ocate、稳态分析示例、热传导率，薄膜热交换系数、热交换条件、边界条件、稳态分析示例、二维热传导、瞬态分析、-有限元法将问题在空间上离散化， 关于瞬态热传导问题控制方程式也需要用时间积分来解，在ABAQUS中对瞬态固体传热进行时间积分的操作利用后方差分算法：-后方差分算法相当于：的精确无条件稳定算法的稳定性非常重要。 很多瞬态传热问题在很长时间内被分析。 (典型地达到稳态条件)、瞬态分析、-瞬态热传递是扩散主导的过程，在对外部条件变化的响应中，开始时的温度随