ABAQUS熱力耦合分析

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1、ABAQUS熱力耦合分析1.概述通常，執(zhí)行熱-應(yīng)力分析是為了研究以下原因引起的應(yīng)力和應(yīng)變：（1）結(jié)構(gòu)中CTE的不匹配；（2）結(jié)構(gòu)局部區(qū)域快速的溫度改變（熱沖擊）。2.熱-應(yīng)力分析類型ABAQUS提供三種熱-應(yīng)力分析類型：順序耦合的熱-應(yīng)力分析、完全耦合的熱-應(yīng)力分析、絕熱分析。（1）順序耦合的熱-應(yīng)力分析這是最常用的熱-應(yīng)力分析方法。這種應(yīng)力分析依賴于溫度場(chǎng)，但溫度場(chǎng)卻不依賴于應(yīng)力場(chǎng)（應(yīng)力受溫度影響，但溫度不受應(yīng)力影響）。如果已知溫度，則可以直接進(jìn)行指定（不需要先進(jìn)行傳熱分析），或者執(zhí)行兩個(gè)分析任務(wù)：首先進(jìn)行傳熱分析，然后將得到的溫度讀入應(yīng)力分析中。溫度

2、解通常為位置和時(shí)間的函數(shù)，將其以預(yù)定義場(chǎng)的形式讀入應(yīng)力分析中。Abaqus/Standard在單元的材料點(diǎn)上，依據(jù)下式計(jì)算熱應(yīng)變：其中為熱膨脹系數(shù)，為當(dāng)前溫度，為初始溫度，為線膨脹系數(shù)的參考溫度。假定線膨脹系數(shù)的參考溫度上的熱膨脹為零。如果膨脹系數(shù)不是溫度的函數(shù)，則無(wú)需考慮。（2）完全耦合的熱-應(yīng)力分析應(yīng)力場(chǎng)與溫度場(chǎng)相互影響，完全耦合。此時(shí)只需要一個(gè)分析任務(wù)，因?yàn)闇囟扰c應(yīng)力相互依賴，因此兩者同時(shí)進(jìn)行求解。熱力耦合具有強(qiáng)烈的非對(duì)稱性。在Abaqus/Standard中，非對(duì)稱的耦合方程系統(tǒng)的求解代價(jià)非常高；而對(duì)稱的熱方程系統(tǒng)和對(duì)稱的力學(xué)方程系統(tǒng)的求解非常廉

3、價(jià)；絕熱分析中只有力學(xué)方程系統(tǒng)需要求解，求解更高效。在順序耦合分析中，單獨(dú)的分析類型可以充分利用自動(dòng)時(shí)間增量步算法，以提高計(jì)算效率。然而，在完全耦合的分析中，由于熱力相互作用使得上述方法的優(yōu)勢(shì)大打折扣！因此，完全的耦合分析只在必要時(shí)使用。相對(duì)而言，順序耦合分析或絕熱分析的計(jì)算效率更高。（3）絕熱分析力學(xué)變形產(chǎn)生的局部熱量，由于歷時(shí)極短，可以忽略相應(yīng)的熱傳導(dǎo)，此時(shí)可應(yīng)用絕熱分析。這種分析中，所有升溫都局限于材料點(diǎn)處，且也只影響該點(diǎn)處的材料屬性。這種分析稱為“絕熱(adiabatic)”，因?yàn)槊總€(gè)材料點(diǎn)與周圍環(huán)境似乎是完全隔熱的——所有生成的熱量都保存在生成

4、點(diǎn)處。給定的事件的發(fā)生足夠迅速，以滿足絕熱假定時(shí)，才可執(zhí)行絕熱分析?？梢酝ㄟ^(guò)下式進(jìn)行判斷：為熱量通過(guò)單元邊界傳導(dǎo)的近似時(shí)間。絕熱分析中的熱應(yīng)力可以考慮彈塑性材料，也可以考慮材料的率相關(guān)屬性，分析類型可以是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的。絕熱分析輸出變量為積分點(diǎn)上的溫度，而不是節(jié)點(diǎn)上的溫度。絕熱分析必須的材料選項(xiàng)為：*ELASTIC*PLASTIC*DENSITY*SPECIFICHEAT*INELASTICHEATFRACTION可選的材料行為包括：*RATEDEPENDENT*LATENTHEAT