ABAQUS热应力分析：从热传导到完全耦合解析

"ABAQUS热传导与热应力分析教程" ABAQUS是一个强大的有限元分析软件，尤其在热应力分析方面表现出色。它提供了三种不同的热应力分析方法，以适应不同类型的工程问题。 1. 顺序耦合热应力分析： 这是最常见的分析类型，适用于应力由热场引起，而热场与位移无关的情况。在这个过程中，首先执行一个独立的热分析，计算出随时间和位置变化的温度分布。然后，将这些温度结果作为预定义场输入到应力分析中，进一步求解热引起的应力状态。 2. 完全耦合热应力分析： 在这种分析中，应力和温度相互影响，形成一个耦合的热-机械问题。只需运行一次分析，ABAQUS会同时解决温度场和应力场的演变，考虑两者之间的相互作用。 3. 绝热分析： 绝热分析用于快速局部变形产生的热效应，假设没有明显的热传导。在这种情况下，所有温度升高都局限于材料的局部区域，仅影响该区域的力学属性。 ABAQUS的热传导特性： - 支持稳态和瞬态热传导问题，包括自适应时间步长控制。 - 提供全面的热边界条件，如固定温度、热流密度等。 - 材料属性和载荷可以是温度相关的，允许材料性能随温度变化。 - 实现热接触条件，允许热流通过接触面传递。 - 包含潜热项处理相变过程中的能量转换。 - 支持强制对流、空腔辐射等复杂热现象。 - 提供热传导壳单元，处理厚度方向上的温度梯度。 热传导分析的基本概念： - 温度：表示物体的冷热程度，单位是摄氏度。 - 热能：表示物体所含的热能，单位是焦耳。 - 热率：表示单位时间内热能的转移，单位是瓦特。 - 热流量：单位面积上的热率，单位是瓦特每平方米。 - 热传导率：衡量物质传导热量的能力，单位是焦耳每秒每米每摄氏度。 - 比热：表示物质单位质量储存热能的能力，单位是焦耳每千克每摄氏度。 - 热扩散率：描述物质内部温度扩散的速率，与热传导率和比热有关。 热传导方程： - ABAQUS在热传导分析中解决了能量守恒方程，类似于应力分析中的力平衡方程。 - 常见的一维热传导公式是傅里叶定律，热流量与热传导率和温度梯度成正比。 ABAQUS提供了一套全面的工具来解决各种热传导和热应力问题，但请注意，它不包含流体分析、自由对流等特定的热流体动力学功能。尽管如此，对于结构工程和材料科学领域，ABAQUS在热力学分析方面表现出了卓越的能力。