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有限元分析丨热变形和热应力
Shmily89
3月前
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有小伙伴提问关于热应力集中问题,本文简单回答一下。
热胀冷缩力是非常可怕的!为什么是可怕的,就要从热变形和热应力的产生开始聊起。
1 热应力产生原因
弹性力学将热应力产生原因分为三种:
(1)物体内部的
温度
分布是
均匀的
,但
外部受
约束
,此时由于热应变受到约束,物体内部将产生热应力。
(2)物体内部的
温度
分布
不均匀
,此时即使
没有任何外部约束
,内部也会因为各个质点之间相互制约而产生热应力。
(3)对于
不同材料组
成的构件,由于材料的
热膨胀系数不同
,即使构件处于
均匀温度场中
,也会由于不同材料的热膨胀不同,使构件产生热应力。
2 注意事项
(1) 对于热分析比较简单,初始温度已知,终止温度为稳定固定值,可以直接在
静力学模块分析中施加温度载荷
,温度与参考温度之差为计算热应变的温差。
※注意
:
参考温度不一定是环境温度,workbench中默认参考温度为22℃,会给使用者带来一种误解,直接理解为环境温度值。
Reference Temperature:表示的
热应变为0时对应温度
,可以是环境温度,也可以是结构件初始温度。
(2) 对于不均匀温度变化引起的热应力,则需要先进行热分析,将热分析得到的温度场结果导入到结构中进行热应力计算。
※注意
:
热应变的产生源于出现
限制结构膨胀的因素(约束或者接触)
这种限制可以理解为是一个外界力,零件内会产生一个平衡力挤压零件,因此热应力就产生了。
(3) 一般情况下进行热分析+静力学分析时,材料、几何、网格数据是互相匹配的。
(4) 但热分析与结构分析并不一定是要完全匹配的。
3 案例演示
热应力产生是出现限制膨胀的因素,举个简单例子演示一下,随意画两个零件,截图1为两个零件接触为默认绑定接触,截图2为两个零件之间无摩擦接触。
图 接触默认
图 接触为无摩擦
根据截图可以非常明显看出,绑定约束限制住热膨胀变形,应力集中,而把接触修改为无摩擦接触后,应力集中现象没有了。
4 思考
热应力集中很多时候是发生在约束位置,实际产品中往往会放个热膨胀吸收大一些的材料,避免产生热应力集中现象。
然而在进行结构有限元分析时,结构约束位置只有结构连接孔,这时如果用固定约束显然是不合适的,那么要如何处理呢?
答案:Workbench有一种约束形式:
弹性约束(Elastic Support)
,需要定义系数,这里不展开写了。
来源:认真的假装VS假装的认真
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首次发布时间:2024-09-06
最近编辑:3月前
Shmily89
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