ABAQUS热分析-烘焙的艺术
尽管Abaqus最常用于力学分析，但也能用于其他许多分析，热分析也是其中一种。在此文中，我将展示如何使用Abaqus进行热分析。
例
例如，我一直想知道的烘烤自制蛋糕的传热问题。用金属器皿烘焙巧克力饼，效果很好。但是，当切换到另一个不适合金属锅的烤箱时，只能改用陶瓷器皿。不幸的是，这种方法效果不佳：即使增加了烘烤时间，锅底糊了表面未熟的情况不止一次。我一直怀疑陶瓷器皿是造成此问题的原因，毕竟钢和陶瓷的材料特性完全不同。为了增进对此问题的了解，我决定用ABAQUS来寻求答案。
几何
与应力分析一样，我们需要定义几何形状。尽管我实际的蛋糕锅是矩形的，但我不希望圆形锅中的结果有太大差异，而使用轴对称假设时，运行时间会少得多。因此，请记住，模型应尽可能简单（但不要更简单），使用图1所示的轴对称几何形状。器皿和蛋糕是分开的两部分。该模型使用常规的SI单位（m，kg等）。
图1：用于热分析的网格几何。
网格：单元类型
网格划分也类似于应力分析的网格划分，因此首先要对零件进行种子设定，然后进行网格划分。主要区别在于所使用的单元类型：我们将使用传热族的单元（图2）。它们具有单一的温度自由度，而不是位移自由度。
图2：单元类型选择。
材料特性
控制热分析的方程式为：
这里ρ是密度，c是比热，T是温度，t是时间，k是热导率，x是位置。因此，需要定义材料的密度，比热和热导率，而不需要机械刚度。对于钢和陶瓷，可在网上发现或多或少的合理参数。正如我所期望的那样，陶瓷的热性能参数并不容易获得。实际上，有关模拟面包，纸杯蛋糕等的烘焙的数据比我预期的要多，因此我决定使用纸杯蛋糕/黄蛋糕的参数。当然，这并不是完全准确的，但是可能足够了，请记住，当前我们的主要目的是更好地解释我们的疑惑，不计算确切值。
使用以下属性：
钢 | 陶瓷 | 饼干 | |
密度[kg / m 3 ] | 7832 | 1700 | 500 |
比热[J /（ms？C）] | 434 | 1175 | 2550 |
热导率[J /（kg·C） | 59 | 1.375 | 0.15 |
赋予对应的材料属性，进行两次分析：一次使用钢铁容器，一次使用陶瓷容器。这是两个种分析之间的唯一区别。
分析步
使用“传热”类型的分析步。考虑了瞬态响应，以查看饼干如何在烤箱中加热，而不是饼干在烤箱中放无限长的时间而达到稳态。时间长为30分钟或1800秒，大约是饼干在烤箱中烘烤所需的时间。使用自动时间增量步，最大增量数从默认值100增加到10000。每个增量的最大允许温度变化设置为1°C（图3）。
图3：编辑传热分析步
然后将以如下方式自动选择时间增量：在任何节点中，温度的最大增量不超过1°C（除非有其它边界条件）。因此，这会影响时间分析的准确性。
联系
饼干和器皿是分开的部分，在它们之间会进行热传递。为此，定义了一种相互作用，在这种情况下为面对面接触。这需要相互作用属性：定义了热导率。热导率取决于间隙。指定了0间隙时的热导以及热导为0时的间隙（图4）。
图4：定义接触热导率
将这种相互作用属性分配给接触对，可以让饼干与容器之间进行热传递。
烤箱的影响
烘烤期间，饼干和器皿将在烤箱中被加热，这主要来源于辐射。需要应用热流来模拟这种加热效果。在这种情况下，我们将使用“表面辐射”类型的交互作用。使用此选项，可根据以下公式将热通量施加到表面：
其中q是整个表面的热通量，ε是表面的发射率，σ是Stefan-Boltzmann常数，T是表面上节点的温度，T 0是环境温度，T Z是绝对零度。尽管这是为了模拟由于辐射散热的，但是在这里我们将使用它来模拟由于辐射引起的加热，因为这是提供热通量的简单算法。
假定环境温度为200°C，烤箱内部的温度和辐射均施加到所有外表面（图5）。
结果
