Abaqus 分析实例(3) - 多层材料系统的稳态传热分析

隔热板用于各行各业，将系统与环境隔离，防止部件大量受热，防止温度快速变化造成损坏等。

如图所示，考虑一种由四层 2.5mm 厚的材料制成的隔热板。每一层的长度和宽度为 0.3m×0.2m，并采用金属（kc=150 W/m/℃）和聚合物（kc=1 W/m/℃）材料层。内部材料侧用 200W 加热，外部保持在 30℃。关注内部的最终温度。在此示例中，长度单位使用m，温度单位使用℃。

 

1. 几何模型与网格

假设每个材料层之间的界面是完全传热的，因此各层材料之间采用共节点的方式连接。在长宽方向上，网格密度为 0.01 m，在厚度方向上，每一层材料划分 3 层网格，共有 7200 个 DC3D20 单元。

 

2. 材料参数与截面属性

2.1 材料参数

由于只关注稳定状态时隔热板内部的温度，因此材料参数只需要热传导系数。金属材料的热传导系数为150 W/(m•℃)；聚合物材料的热传导系数为1 W/(m•℃)。

 

 

2.2 截面属性

各层材料之间采用共节点的方式连接，因此只需要创建 1 个零件，然后使用基准面在平板的厚度方向上，将平板分割为四层，然后分别赋予材料。

 

3. 分析步

由于是稳态传热分析，时间没有物理意义，它代表了载荷的施加历程。总时间设置为 1，初始增量大小设置为 0.1，最大时间增量设置为 1。

4. 载荷与边界条件

 

在隔热板 +Z 向的最外侧施加表面热通量 Heat Flux=3333.33 W/m2。（3333.33 W/m^2×0.2 m×0.3 m≈200W）。幅值上的正号意味着热量被添加到面上。

 

在隔热板-Z向的最外侧施加30℃恒温。

 

5. 计算结果

5.1 温度分布

在施加表面热通量区域温度上升 46.8℃。在指定了温度条件的表面上，温度保持 30℃ 不变。

在各处的热通量(HFL)均为 3333.3 W/m^2。这是因为，默认情况下，该模型中的其他表面表现为绝热边界，热量不能逃逸任何地方，只能从+Z表面流到-Z表面。

 

来源：SimulateTech