Abaqus 传热与热应力分析(1) – 分析能力

1. 简介

在工程设计和材料研究中，传热和热应力分析是至关重要的工具。通过 Abaqus 仿真软件，工程师能够模拟和分析材料在热载荷作用下的行为，以及预测结构的热响应和热应力分布。在处理热问题上，Abaqus 提供以下分析功能。

1.1 纯传热分析

通过传热分析，可以预测结构热传导过程中的温度分布、热流分布。通常，物体之间和物体内部的热交换可以通过三种不同的模式来传递热量：热传导 (Thermal Conduction)、热对流 (Thermal Convection)、热辐射 (Thermal Radiation)。Abaqus/Standard 的纯传热分析程序可以完全覆盖这三种传热模式。

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复合材料防热罩传热分析

1.2 顺序耦合热-应力分析

热-应力分析可以模拟结构在热载荷作用下的应力响应。热应力分析考虑了热膨胀、温度梯度等因素，可以有效地预测结构在温度变化时产生的应力分布和变形情况。

当温度与应力/位移不是强相关，即应力/位移解受温度梯度的影响较大，而温度解受应力/位移的影响可以忽略不计时，可以在Abaqus/Standard 中使用顺序耦合热-应力分析来模拟。在此种情况下，温度场和应力场分析模型的网格可以不一致。

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钢质混凝土板耐火性分析

1.3 完全耦合热-应力分析

当温度解与应力/位移解强相关时，必须同时求解应力/位移和温度场。在 Abaqus/Standard 和 Abaqus/Explicit 中均提供了完全耦合热-应力分析。在 Abaqus 中提供了 83 种隐式和显式的完全热-结构耦合单元，可以模拟广泛的、复杂的结构问题。

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激光焊接

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制动盘摩擦生热

1.4 绝热分析

绝热分析用于模拟材料的非弹性变形产生的热量，但整个过程非常短暂，没有热量在材料内部传导。常用于锻造和挤压工艺模拟。

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锻造：温度分布

1.5 完全耦合热-电分析

在 Abaqus/Standard 中提供了模拟由于电流通过导体而产生的热问题。可以同时求解电场和温度场。

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保险丝

1.6 完全耦合热-电-结构分析

当热、电和结构之间的相互影响非常剧烈时，在Abaqus/Standard 中可以使用完全耦合热-电-结构分析，可以同时求解温度场、电场和应力/位移场。一种典型的工艺是电阻点焊，通过对电极施加压力和电流，使得两块或多块金属板在与电板接触的局部区域，由于电流产生热量使得金属板熔融连接。

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电阻点焊

2. 限制

Abaqus 更侧重于结构应力分析，它不是专业的热分析软件，因此在热问题上也存在一些限制。例如：1）无流体分析；2）无自由对流；3）无法模拟浮动驱使的流动；4）对热冲击问题，无法使用自适应网格划分；5）无逆传热分析。