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设置分析步——step

1）第一个分析步HighTemper-Noload: 令淬硬层区域温度升 高至120℃，其余区域温度仍保持20℃，不施加外载荷； 2）第二个分析步HighTemper-WithLoad:保持上述温度场不 变（相应的残余应力也不会变），施加外载荷； 3）第三个分析步LowTemper-WithLoad：令整个工件的温 度都变为20℃（即去掉残余应力），保持外载荷不变，从 而得到没有残余应力时的应力场，用来与第二个分析步的 结果相比较。
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建模要点说明

上述方法的优点是比较简便，不必进行复杂的传热分析和 热弹塑性分析，并且通用性强，可用于模拟各种不同工艺 所产生的残余应力场，但其缺点是模拟精度不高，通过选 择Thigh只能保证工件局部区域的压应力值较准确。 一种改进的方法就是为淬硬层的不同区域设定不同的温度 值Thigh，从而得到与试验结果更加接近的残余应力场。 本实例中，为简单起见，只为整个淬硬层设定单一的温度 值Thigh =120℃。
热应力分析实例详解
热应力分析的主要问题

设定材料的线胀系数 设定模型的初始温度场 可以直接给出温度值 也可以读入传热分析的结果文件 修改在分析步中的温度场 可以直接给出温度值 也可以读入传热分析的结果文件
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学习要点

通过实例分析，学习如何进行热应力分析，并掌 握 ABAQUS/CAE 的以下功能： 1）在 Material 功能模块中，定义线胀系数； 2）在 Load 功能模块中，使用预定义场 （predefined field）来定义温度场；


要求：模拟分析感应淬火所产生的残余
应力场，并分析此残余应力场在缓和应 力集中方面所起的作用。
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建模要点说明

使用ABAQUS可以模拟感应淬火的完整过程，即通过分析工件 与感应器之间以及工件和冷却液之间的传热过程来确定工件的 温度场，从而得到相应的塑性应变场和冷却后的残余应力场。 这一模拟过程较复杂，下面介绍一种模拟残余应力的简化方 法。 设置整个模型的初始温度为20℃，在分析步令淬硬层的温度升 高至某一温度值Thigh(例如120℃)，其余区域温度仍保持20℃。 这种温度差异会使高温区产生压应力，相当于所要模拟的残余 压应力。经几次试算即可找到合适的Thigh，使法兰盘内圆角表 面的压应力与试验结果大致吻合。施加工作载荷时，仍保持上 述温度场不变，就可以模拟在残余应力作用下的应力场了。
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结果分析——Visualization
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小结
在ABAQUS中进行热应力分析的基本步骤：

定义线胀系数 定义初始温度场 定义分析步中的温度场
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实例2：法兰盘感应淬火的残余应力场模拟 问题描述：

表面感应淬火是一种工程中常用的热处理工艺， 其原理是使用感应器产生残余压应 力，抵消工作载荷所产生的一部分拉应力。 表面感应淬火可显著提高工件弯曲疲劳抗力和扭 转疲劳抗力，工件表面产生的马氏体具有良好的 耐磨性。
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实例1：带孔平板的热应力分析

问题描述：
去掉原有的拉伸载荷，在平板顶部添加固支边界条件。 整个平板的初始温度为20℃，当温度升高为120℃时，平 板会发生热膨胀，而平板顶部的固支约束会限制模型的变 形，模型的应力场发生相应的改变。材料的线胀系数为 100 1.35×10-5/℃。

要求：分析模型在120℃下的应力场。
Mechanical——Expansion, 输入线胀系数
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定义边界条件——Load
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定义边界条件——Load
9
定义边界条件——Load
固支边界条件
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使用预定义场定义初始温度
Load——Predefined Field Manager
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使用预定义场使模型温度升高至120℃
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网格划分——Mesh
565号节点
与残余压应力的试验结果420MPa基本吻合！
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2）分析残余压应力在缓解应力集中方面的作用
第一个分析步
σminP= 276MPa
560号节点
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2）分析残余压应力在缓解应力集中方面的作用
第二个分析步：存在残余应力！
σmaxP= 412MPa
560号节点
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2）分析残余压应力在缓解应力集中方面的作用
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几何建模
CAD平面图
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几何建模
Part
12mm
旋转轴
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几何建模
22
几何建模
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定义材料属性——Property
E=210 000 =0.3 Expansion=1.03e-5
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网格划分——Mesh
淬硬层以外区域: Element type: Hex-dominated Technique: Sweep Algorithm: Advancing front 淬硬层: Element type: Hex Technique: Sweep Algorithm: Medial axis (选中Minimize the mesh transition)
y 0 x
50 50
R5 100
4
几何建模——Part
100
50
y 0 x
R5 100 50
5
定义材料属性——Property
Property——Material——Edit——steel
Mechanical——Elastic, 输入弹性模量和泊松比
6
定义材料属性——Property
Property——Material——Edit——steel
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边界条件——Load
一端固定
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边界条件——Load
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施加载荷——Load
p=100MPa
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定义温度场——Load
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定义温度场——Load
20 120 120 20
淬硬层
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后处理
1）查看残余应力的模拟结果
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1）查看残余应力的模拟结果
第一个分析步
σminiP= 416.17MPa
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实例2：法兰盘感应淬火的残余应力场模拟

本例中的法兰盘经淬火后，由试验测得法拉盘的内圆角表 面残余压应力约为 -420MPa。 法拉盘的一端固定，另一端的整个端面受向下的面载荷 p=100MPa，法拉盘内孔直径为24mm，材料 的弹性模量为210000MPa，泊松比为0.3， 线胀系数为1.35e-5/ ℃。