Abaqus中的热应力分析

Abaqus中可以求解下列类型的传热问题：

●  非耦合传热分析：在此类分析中，模型的温度场不受应力应变场或电场的影响。在Abaqus/Standard中可以分析热传导、强制对流、边界辐射等传热问题，其分析类型可以是瞬态或稳态、线性或非线性分析。

●  顺序耦合热应力分析：此类分析中的应力应变场取决于温度场，但温度场不受应力应变场的影响。此类问题使用Abaqus/Standard来求解，具体方法是首先分析传热问题，然后将得到的温度场作为已知条件，进行热应力分析，得到应力应变场。分析传热问题所使用的网格和热应力分析的网格可以不同，Abaqus会自动进行插值处理。。

●  完全耦合热应力分析：此类分析中的应力应变场和温度场之间有着强烈的相互作用，需要同时求解。可以使用Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit来求解此类问题。

●  绝热分析：在此类分析中，力学变形产生热，而且整个过程的时间极短暂，不发生热扩散。可以使用Abaqus/Standard或Abaqus/Explicit来求解。

●  热电耦合分析：此类分析使用Abaqus/Standard来求解电流产生的温度场。

●  空腔辐射：使用Abaqus/Standard来求解非耦合传热问题时，除了边界辐射外，还可以模拟空腔辐射。

在Abaqus中进行热应力分析时，应注意下列几个主要问题：

模型的温度场发生变化时，模型会产生变形，其应力应变场也会发生相应的改变。使用Abaqus/Standard进行热应力分析的基本步骤是：

(1)设定材料的热膨胀系数。关键词为：

*MATERIAL,  NAME = <材料名称 >

……

*EXPANSION

<热膨胀系数 >,

Abaqus/CAE的操作界面如图1所示：

图1 Abaqus/CAE中定义热膨胀系数

(2)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（扩展名为 .odb或 .fil），从而得到初始温度场，其相应的关键词分别为：

直接给出温度值：

*INITIAL CONDITIONS,  TYPE=TEMPERATURE

<节点**或节点编号 >, <温度值 >, ……

Abaqus/CAE的操作如图2和图3所示：

图2  指定初始温度场

图3  直接指定初始温度值

读入传热分析的结果文件：

*INITIAL CONDITIONS,  TYPE=TEMPERATURE, FILE=<文件名 >, STEP=<分析步编号>,

INC=<时间增量步编号>

其中，STEP和 INC的含义是：读入传热分析结果文件中哪个分析步和时间增量步的温度场。读入传热分析的结果文件时，需要用到传热分析和热应力分析的PRT文件（扩展名为 .prt）。热应力分析和传热分析模型中的实体名称要相同。

Abaqus/CAE的操作如图4所示：

图4  读入传热分析的结果文件

(3)修改在分析步中的温度场。与上面设定初始温度场的方法类似，可以直接给出温度值，也可以读入传热分析的结果文件（扩展名为 .odb或 .fil），其相应的关键词分别为：

直接给出温度值：

*TEMPERATURE

<节点**或节点编号 >, <温度值 >, ……

读入传热分析的结果文件：

*TEMPERATURE,  FILE=<文件名 >, BSTEP=<分析步编号>, BINC=<时间增量步编号>,

ESTEP=<分析步编号>, EINC=<时间增量步编号>

其中，BSTEP和 BINC 的含义是：在传热分析结果文件中，从哪个分析步和时间增量步开始读取温度场；ESTEP和 EINC 的含义是：在传热分析结果文件中，在哪个分析步和时间增量步结束读取温度场（默认值为与BSTEP和 BINC相同）。