ABAQUS 专题---热传导

不可思议

稳态与瞬态的区别
•瞬态和稳态可以从热传导的平衡偏微分方程看出，一个与时间有关，一个与时间无关。
通俗点讲，瞬态和稳态都是相对的，没有绝对的瞬态，也没有绝对的稳态，任何瞬态最终都要达到稳态，任何稳态都经历过瞬态变化。关键是看你研究的对象和目的是什么，举个简单的例子，打开灯泡，灯丝开始发热，同时开始放热，最终与外界达到一种平衡状态，这时候虽然灯丝的温度要高于外界，但是达到了产热与放热的平衡。如果你的研究目的是平衡之前的那个过程，这就是瞬态问题，如果你研究的是平衡后的温度，那就是稳态问题。

一、介绍
-- ABAQUS 主要是用来进行 ‘应力分析’ 的软件
-- 但ABAQUS 也有一个重要的特性：就是可以求解规模大的、复杂的和多组件模型的热传导问题。
——热传导求解能力是从求解热应力问题中发展出来的

ABAQUS 中的热传导特性
-- 稳态响应
-- 瞬态响应 ， 包括自适应时间步长
-- 全套热传导边界条件
-- 材料属性（和载荷）可以是温度相关
-- 热“接触”允许在“接触表面”有热流动
-- 可以方便的将温度场导入热应力分析中
-- 特性
•潜热项（由相变产生）
•强制对流
•应力-热传导耦合分析功能
•热传导壳单元(沿厚度方向温度梯度)
•空腔辐射(加热炉升温)功能

ABAQUS 不能做什么
——ABAQUS 不是专业热传导分析软件
•无流体分析
•无自由对流
•无浮力驱使流动
•对热冲击问题无自适应网格划分
•无逆传热分析

热传导分析中的基本物理量
-- 温度 Temperature 单位  ℃
-- 热能 Heat  energy 单位 J
-- 热率 Heat rate  power 单位 J/t or W
-- 热流量 Heat flux = Powerper unit area 单位J/t/L 2
-- ‘热传导率‘ k , 衡量物质中热量流动的能力 单位 J/T/L/ ℃:

-- 比热 ，衡量物质储存热的能力 单位：J/M/ ℃

-- 类比

二、分析过程
•在 ABAQUS/Standard 中，热传导分析的执行是通过将几何体离散成扩散热传导单元，并且使用
*HEAT TRANSFER 过程选项

*HEAT TRANSFER  瞬态分析(默认)
*HEAT TRANSFER, STEADY STATE  稳态分析
•在 ABAQUS/Explicit 中，没有单纯的热传导分析选项，然而可以进行全耦合的热-应力分析。

•这个功能通过设定适当的边界条件，可以模拟纯热传导工程；
•除空腔辐射和利用用户子程序定义的不均匀热载荷之外，其他在ABAQUS/Standard 中可以使用的热属性，都可以用在 Explicit中。


三、材料热性质定义
•材料的热性质在inp 中的 *MATERIAL 关键字定义

四、热传导单元定义
•连续单元：ABAQUS 中连续扩散热传导单元库包括:
•一阶（线性）插值单元
•二阶（抛物线）单元
•用于一维，二维，轴对称和三维应用

•壳单元
•一阶和二阶插值用于轴对称单元(DSAX1,DSAX2)和三维（DS3，DS4，DS6，DS8）应用的壳单元包含有单元库中。壳单元用于模拟承受热载荷的薄壁结构如: 压力容器，管道系统和金属片元件等。

-- 单元在每个壳节点的厚度方向的多个点上提供了温度自由度，这样温度不仅随着壳的参考平面变化，也随厚度方向变化

复合材料壳单元
多层复合材料热壳可以被构建每一层可以是不同厚度，不同主方向的不同材料组成

材料特性在 *SHELL SECTION 中定义:
*SHELL SECTION,COMPOSITE
LAYER1的厚度 温度自由度数量(截面点数)， 材料名，材料方向参考的orientation 名称
LAYER2的厚度温度自由度数量(截面点数)， 材料名，材料方向参考的orientation 名称
LAYER3的厚度温度自由度数量(截面点数)， 材料名，材料方向参考的orientation 名称
•多层复合材料热壳的默认截面点数量为 3
•所有层的单层截面点数量必须相等

五、边界条件与载荷
边界条件
应力分析中，每个自由度都有一对共轭变量：位移 -- 作用或反作用力默认情况下位移是未知的，力是已知的。
热传导分析中，这对共轭变量是温度 --- 热率(单位时间的能量流)默认情况下温度是未知的，热率是已知的
-- 已知的热率 = 0， 相当于绝热边界条件；
-- 没有外部的能量流进或流出节点。
ABAQUS 中的几种热边界条件和热载荷
1. 在某些节点上预设温度， *BOUNDARY， 自由度11
2. 在某些点上或者某些表面上或者体积内预设热率q 
*CFLUX, *DFLUX, *DSFLUX
3. 在某些点上或者某些表面上的边界层（薄膜）条件 
*CFILM, *FILM 和 *SFILM
4. 在某些点上或者某些表面上的辐射条件 
*CRADIATE, *RADIATE, 和 *SRADIATE
5. 自然边界条件(默认)

3. 边界层(薄膜)条件
-- 热传导中最常见的一种边界条件是一个自由表面被紧临的流体加热或降温
-- 关键字 *CFLIM， *FILM 和 *SFILM 用于定义边界层条件。
-- 边界层系数 h 是 ABAQUS 的一个输入参数，量纲:JL -2 T -1  -1
-- 边界层系数的重要性:
热传导的结果严重依赖这个参数
典型的，h 是流体雷诺数和流通温度的函数，但也与表面状况如粗糙
度，脏污和方位强相关，因此很难去特征化。
通常，需要用试验校准的方式来确定 h 的取值

4. 向环境的辐射
是否需要考虑辐射边界条件

5. 自然边界条件
在任何温度下没有给定热流并没有外部热流的表面，默认条件是通过表面q=0,
即没有通过表面的热流：理想绝热条件
这是自然（无热载荷）边界条件，用于诸如施加对称边界条件的时候，如

zoroseo2020

有点复查，但感谢楼主分析，我慢慢学习！
















福彩双色球