ABAQUS应用培训-07-热分析实例

12015/7/51方刚2015年7月有限元分析-ABAQUS的应用热分析及热应力分析本次培训的主要内容2一．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23传热过程分析的基本原理1传热过程的基本方程2稳态传热过程的有限元分析列式3热应力问题的有限元分析列式4热传递的方式35热传递的方式6传热过程的基本方程•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)传热过程的基本变量及方程Fourier传热定律能量守恒定律控制方程47•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，HeatFlux）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tqkx传热过程的基本方程8热传导问题的控制方程(governingequation)传热过程的基本方程qpTTTTkkkcxxyyzzt内部生成的热能能量的变化热能从体内外之间的传递量（流入-流出）59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10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(initialcondition)),,()0,,,(0zyxTtzyxT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123222,,1()()()2()d2minxyzTBCSSSTICTTTTIQcTxyzt在实际问题的处理过程中，后两类边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1232222SS1()()()2()d21dd2minxyzTBCSTICfcTTTTIQcTxyztqTAhTTA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611稳态传热过程的有限元分析列式对于稳态问题(steadyproblem)，即温度不随时间变化，有0tT2312222SS11()()()ddd22minxyzfcBCSTICTTTIqTAhTTAxyz再加上无热源的条件，泛函表达式为：12稳态传热过程的有限元分析列式单元传热方程单元传热矩阵单元节点温度列阵单元节点等效温度载荷列阵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12TeTnTTTq,,xyzN单元形状函数列阵eeeTTTKqP,,,,eeTxyzTxyzNq将温度场函数带入到泛函并求极值eTI0q3ddeeTTTeTxyzTcSxxyyzzhANNNNNNKNN23dddeeeeTTTTfcSSQqAhTPNNN7ABAQUS传热分析-热物性参数输入2015/7/513稳态传热分析：CreateMaterialThermalConductivity.（导热系数）瞬态热分析CreateMaterialThermalHeatGeneration.（二次开发定义的热生成）Inelasticheatfraction.(非弹性变形能转化为热量的比例)Jouleheatfraction.(电产生的焦耳热比例)Latentheat（潜热）Specialheat(比热)2015/7/514ABAQUS传热分析-稳态热分析1.Part：直径10mm，长度200mm的圆柱2.Assembly3.Properties：conductivity80W/(Cmm),section,assignsection4.Step：HeattransferSteadystate5.Load:CreateLoadSurfaceflux,选择圆柱的一端面施加10W/mm26.Load:CreateBCTemperature,选择圆柱的一端面施加25C7.Mesh：seedpart，meshpart,***Assignelementtype:heattr..根据傅里叶定律，解析解：82015/7/515ABAQUS传热分析-瞬态热分析1.Material：conductivity80W/(Cmm),Density,2.7e-9,Specialheat0.82.Step：HeattransferTransient,time0.000013.Step,fieldoutput,frequency:Evenlyspacetimeinterval:10在后处理中可以观察其升温过程在稳态分析模型的接触上，做出如下修改2015/7/516ABAQUS传热分析-热应力分析1.Part，Property(Elasticity,Expansion,Conductivity45)，Assembly略2.Step,选择Coupledtemp-displacement，steadystate3.Load,CreateBC两侧位移约束，CreateBC，选择other,temperature,step1,选择整个物体施加25度4.Modeltree,predefinedfield,initialstep,temperature,选择整个物体施加400度5.Mesh,seedpart100，meshpart.Assignelementtype,选择CoupledTemp.-Dis.6.Job,run