—— 热传导求解能力是从求解热应力问题中发展出来的
刘海燕
介绍
ABAQUS 中的热传导特性 -- 稳态响应 -- 瞬态响应 ， 包括自适应时间步长 -- 全套热传导边界条件 -- 材料属性（和载荷）可以是温度相关 -- 热“接触”允许在“接触表面”有热流动 -- 可以方便的将温度场导入热应力分析中 -- 特性 •潜热项（由相变产生） •强制对流 •应力-热传导耦合分析功能 •热传导壳单元(沿厚度方向温度梯度) •空腔辐射(加热炉升温)功能
单元命名规则:
几何，3D单元
DC3D20
连续体continuum 扩散diff元节点的基本变量（自由度）是温度标量 ABAQUS中用自由度11表示温度。 节点温度输出变量为 NT11.
•点单元 •热容单元 HEATCAP 模拟在一点的集中热容 •热容可以是温度或场变量的函数 •该单元可以在 ABAQUS/Explicit 中使用
*CONDUCTIVITY
-- 热传导率也可以是任意数量预设的场变量的函数
1.0 *DENSITY 1.0 *SPECIFIC HEAT 1.0 比热：*SPECIFIC HEAT,
--比热可以定义为随温度与场变量变化 --大多数材料的比热随温度平稳变化
-- 预设场变量相关的材料性质不会涉及非线性，ABAQUS 使用简 单的插值方法确定材料性质。例如: *CONDUCTIVITY,DE设PE置N包DE括N的CI预ES设=1场变量数量 63.0,20,160 70.5,200,200 … 温度 场变量 *INITIAL CONDITIOINS,TYPE=FIELD,VAR=1 NALL,160 …
NT13 n
NT12 NT11
-- 壳单元表面下方的温度自由度为11（输出变量为NT11） -- 在正表面的温度自由度为 10+n, n 为壳截面上使用截面点的数量 -- 在单层（均质）壳中，截面点在厚度上均匀分布，默认为5个点 -- 每层壳必须是奇数个截面点，这是由 ABAQUS/standard 在厚度上使用分段抛物线型
插值方法决定的。
刘海燕
热传导单元定义
•在 ABAQUS/Explicit 中，没有单纯的热传导分析选项， 然而可以进 行全耦合的热-应力分析。
•这个功能通过设定适当的边界条件，可以模拟纯热传导工程； •除空腔辐射和利用用户子程序定义的不均匀热载荷之外，其他在 ABAQUS/Standard 中可以使用的热属性，都可以用在 Explicit 中。
刘海燕
材料热性质定义
•材料的热性质在inp 中的 *MATERIAL 关键字定义
材料热性质定义
热传导率：*CONDUCTIVITY，可以定义各向同性（默认）或各 向异性(正交或完全)用 TYPE 参数：
*MATERIAL,NAME=MATER*--CI热OAN传DL导U-率C1T可IV以IT是Y,温TY度P的E=函IS数O|，OR这T样HO就|A成N了IS一O 个非线性问题。
-- ‘热传导率‘ k , 衡量物质中热量流动的能力 单位 J/T/L/℃:
热流量正比于热传导率和温度梯度:
q k T x
Ta
Q A Tb
L
Q qA kATb Ta 刘海燕L
介绍
-- 比热 ，衡量物质储存热的能力 单位： J/M/℃ Qt Vc
时间增量 比热温度增量
-- 一维热传导公式
c
定温度的分布。
c Q Iq
密度比热温度变化率外部热量 内部热量
刘海燕
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
密度：*DENSITY, --密度可以定义为随温度与场变量变化
*STEP … *FIELD,VARIABLE=1,AMPLITUDE=TIMEVAR
NALL,180
…
*END STEP
刘海燕
热传导单元定义
•连续单元：ABAQUS 中连续扩散热传导单元库包括: •一阶（线性）插值单元 •二阶（抛物线）单元 •用于一维，二维，轴对称和三维应用
刘海燕
介绍
ABAQUS 不能做什么 ——ABAQUS 不是专业热传导分析软件 •无流体分析 •无自由对流 •无浮力驱使流动 •对热冲击问题无自适应网格划分 •无逆传热分析
刘海燕
介绍
力平衡与能量守恒之间的类比 -- 在应力分析中， ABAQUS 求解力平衡方程: Mu’’ = P – I -- 在热传导分析中， ABAQUS 求解 ‘能率守恒’ 方程并确
ABAQUS 专题教程
——热传导和热应力分析
刘海燕
第一讲：固体热传导介绍
概述 介绍 分析过程 材料热性质 ABAQUS/Standard 中的热传导单元库 边界条件和载荷 稳态分析 瞬态分析 非线性分析
刘海燕
介绍
-- ABAQUS 主要是用来进行 ‘应力分析’ 的软件 -- 但ABAQUS 也有一个重要的特性：就是可以求解规模大的、复杂 的和多组件模型的热传导问题。
刘海燕
热传导单元定义
•壳单元 •一阶和二阶插值用于轴对称单元(DSAX1,DSAX2)和三维（DS3， DS4，DS6，DS8）应用的壳单元包含有单元库中。壳单元用于模 拟承受热载荷的薄壁结构如: 压力容器，管道系统和金属片元件 等。
-- 单元在每个壳节点的厚度方向的多个点上提供了温度自由度，这样温度不仅随着壳 的参考平面变化，也随厚度方向变化。
t
k
2
x2
1
t
2
x 2
k c
热扩散 率
刘海燕
介绍 -- 类比
Stress
Heat
u
q
I TdV
V
D
I T qdV
V
K
T DdV
V
T KdV
V
刘海燕
分析过程 •在 ABAQUS/Standard 中，热传导分析的执行是通过将几何体离散成 扩散热传导单元，并且使用 *HEAT TRANSFER 过程选项 *HEAT TRANSFER 瞬态分析(默认) *HEAT TRANSFER, STEADY STATE 稳态分析