基于Abaqus热辐射分析实例1

(一)创建部件1：模块：部件2：点击创建部件工具，弹出创建部件对话框名称：CUP模型空间：三维类型：可变形形状：实体类型：旋转大约尺寸：2003：点击继续，进入草绘模式，首先应当绘制一条构造线，然后为旋转实体绘制如下截面草图4：点击完成，选择上一步创建的构造线作为中心线，弹出编辑旋转对话框，将角度修改为360度5：点击确定，旋转的结果如下（二）定义材料和截面属性1：模块：属性2：点击创建材料工具，弹出编辑材料对话框名称：steel通用→密度，将密度修改为7.85e-9力学→弹性→弹性，将杨氏模量修改为2.1e5，泊松比改为0.3热学→传导率，将传导率修改为36热学→比热，将比热修改为9e8点击确定3：点击创建截面工具名称：Section-1类别：实体类型：均质4：点击继续，弹出编辑截面对话框，材料为steel，点击确定5：点击指派截面工具，框选整个模型为要指派截面的区域6：点击完成，弹出编辑截面指派对话框，选取默认设置，点击确定（三）生成装配件1：模块：装配2：点击创建实例工具，弹出创建实例对话框，选取默认设置，点击确定（四）定义分析步1：模块：分析步2：点击创建分析步工具，弹出创建分析步对话框名称：Step-1精品文档程序类型：通用（热传递）3：点击继续，弹出编辑分析步对话框，将响应修改为稳态，点击确定(五)定义相互作用1：模块：相互作用2：点击相互作用管理器工具，弹出相互作用管理器对话框，点击创建，弹出创建相互作用对话框名称：Int-1分析步：Step-1类型：表面热交换条件点击继续，选择如下外圆面点击完成，弹出编辑相互作用对话框膜层散热系数：10e-3环境温度：20点击确定，结果如下图示：3：按照上述类似方法，定义其他4个相互作用关闭相互作用管理器，完成相互作用的定义（六）网格划分为了便于进行网格划分，先对部件进行分区1：模块：部件2：点击拆分几何元素：定义切割平面工具，选择一点及法线指定平面选择下图示一点及法线指定分割平面点击创建分区，完成拆分，结果如下图3：模块：网格对象：部件4：点击为边布种工具，框选整个部件为要布置局部种子的区域5：点击完成，弹出局部种子对话框，将近似单元尺寸修改为5，其余地方选用默认设置，点击确定6：点击指派网格控制属性工具，框选整个部件7：点击完成，弹出网格控制属性对话框，按如下设置，点击确定单元形状：六面体技术：扫掠算法：进阶算法8：点击指派单元类型工具，框选整个部件，点击完成，弹出单元类型对话框，将分析类型修改为热传递，点击确定9：点击为部件划分网格工具，点选是确定为部件划分网格结果如下图（七）创建作业1：模块：作业2：点击作业管理器工具，弹出作业管理器对话框3：点击创建，弹出创建作业对话框4:点击继续，弹出编辑作业对话框，选取默认设置，点击确定5：点击提交，提交作业6：运行过程中，可以点击监控，查看运行状态7：点击结果，进入可视化模块，并在变形图上绘制云图，结果如下。

基于ABAQUS的机械夹持器热分析基于ABAQUS的机械夹持器热分析摘要：本文基于ABAQUS软件，对机械夹持器的热分析进行了详细的研究。

通过建立相应的计算模型并设置边界条件，对机械夹持器在工作过程中的温度分布和热状况进行了模拟和分析。

研究结果表明，在一定工作时间下，机械夹持器的热量会逐渐积累并导致温度升高，进而影响其工作性能。

本文可为夹持器的设计和优化提供理论依据。

关键词：机械夹持器；热分析；温度分布；模拟；优化一、引言机械夹持器是机械系统中常用的一种夹紧装置，广泛应用于工业生产中，目的是夹住工件以防止其运动。

一般情况下，机械夹持器在工作过程中会产生大量的热量，而热量的积累会导致夹持器温度升高，进而影响其工作性能和寿命。

因此，对机械夹持器的热分析具有重要的意义。

二、建立ABAQUS模型根据机械夹持器的结构和工作原理，我们建立了一个三维的计算模型。

模型的几何参数和材料参数均参考实际工程，以保证计算结果的准确性。

在模型的加载方面，我们考虑了夹持器在实际工作中的边界条件，并设置了适当的约束和加载条件，例如夹紧力和工作时间。

通过这些设置，我们可以模拟夹持器在一定时间内的工作状态。

三、分析夹持器的温度分布利用ABAQUS软件对机械夹持器进行了热分析，得到了夹持器在工作过程中的温度分布图。

图中显示，夹持器的温度随着工作时间的增加而逐渐升高。

这是因为机械夹持器在工作时会产生大量的摩擦热和机械能转化为热能，而这些热量会随着工作时间的增加而积累，导致夹持器的温度上升。

四、分析夹持器的热状况在夹持器的热分析中，我们还对夹持器的热状况进行了分析。

根据计算结果，我们发现夹持器的热状况主要包括温度、热应变和热位移。

其中，温度是影响夹持器性能和寿命的主要因素之一。

随着工作时间的增加，夹持器的温度会逐渐超过其材料的温度极限，这将导致材料的软化和力学性能的恶化。

另外，热应变和热位移也会随着温度的升高而增加，进一步影响夹持器的工作可靠性。

a ba qu s热通量计算案例
热传递的分析目标是研究热量的传递过程。

热传递分析以热变量或与热相关的变量的形式来计算热响应，如温度分布和温度梯度以及热通量。

热传递分析包括两种类型，第一种，非耦合的热响应，即纯热传递分析；第二种耦合的响应（热应力分析），分为顺序耦合和完全耦合。

纯热传递分析在A b a q u s/S t a n d a r d 中完成，耦合响应在A b a q u s/S t a n d a r d和A b a q u s/E x p l i c i t 中完成。

热传递包括两种模式：
传导，也被称为“实体热传递”，发生在物体内的分子水平上，金属是典型的热的良导体，气体则不是。

对流，是通过热物质（气体或者流体）的流动进行热量传递，包括自然对流和强制对流，如水泵、风机或其他压差作用引起的对流。

学习要点通过实例分析，学习如何进行热应力分析，并掌握ABAQUS/CAE 的以下功能：1）在Material 功能模块中，定义线胀系数；2）在Load 功能模块中，使用预定义场（predefined field）来定义温度场；定义材料属性——Property Property——Material——Edit——steelMechanical——Elastic, 输入弹性模量和泊松比定义材料属性——Property Property——Material——Edit——steelMechanical——Expansion, 输入线胀系数定义边界条件——Load定义边界条件——Load定义边界条件——Load固支边界条件使用预定义场定义初始温度Load——PredefinedField Manager使用预定义场使模型温度升高至120℃网格划分——Mesh结果分析——Visualization小结在ABAQUS中进行热应力分析的基本步骤：⏹定义线胀系数⏹定义初始温度场⏹定义分析步中的温度场实例2：法兰盘感应淬火的残余应力场模拟问题描述：◆表面感应淬火是一种工程中常用的热处理工艺，其原理是使用感应器来对工件的局部进行加热，然后迅速冷却，从而使工件表面产生残余压应力，抵消工作载荷所产生的一部分拉应力。

◆表面感应淬火可显著提高工件弯曲疲劳抗力和扭转疲劳抗力，工件表面产生的马氏体具有良好的耐磨性。

实例2：法兰盘感应淬火的残余应力场模拟 本例中的法兰盘经淬火后，由试验测得法拉盘的内圆角表面残余压应力约为-420MPa。

法拉盘的一端固定，另一端的整个端面受向下的面载荷p=100MPa，法拉盘内孔直径为24mm，材料的弹性模量为210000MPa，泊松比为0.3，线胀系数为1.35e-5/ ℃。

要求：模拟分析感应淬火所产生的残余应力场，并分析此残余应力场在缓和应力集中方面所起的作用。

建模要点说明☐使用ABAQUS可以模拟感应淬火的完整过程，即通过分析工件与感应器之间以及工件和冷却液之间的传热过程来确定工件的温度场，从而得到相应的塑性应变场和冷却后的残余应力场。

(一)创建部件1：模块：部件2：点击创建部件工具，弹出创建部件对话框名称：CUP模型空间：三维类型：可变形形状：实体类型：旋转大约尺寸：2003：点击继续，进入草绘模式，首先应当绘制一条构造线，然后为旋转实体绘制如下截面草图4：点击完成，选择上一步创建的构造线作为中心线，弹出编辑旋转对话框，将角度修改为360度5：点击确定，旋转的结果如下（二）定义材料和截面属性1：模块：属性2：点击创建材料工具，弹出编辑材料对话框名称：steel通用→密度，将密度修改为7.85e-9力学→弹性→弹性，将杨氏模量修改为2.1e5，泊松比改为0.3热学→传导率，将传导率修改为36热学→比热，将比热修改为9e8点击确定3：点击创建截面工具名称：Section-1类别：实体类型：均质4：点击继续，弹出编辑截面对话框，材料为steel，点击确定5：点击指派截面工具，框选整个模型为要指派截面的区域6：点击完成，弹出编辑截面指派对话框，选取默认设置，点击确定（三）生成装配件1：模块：装配2：点击创建实例工具，弹出创建实例对话框，选取默认设置，点击确定（四）定义分析步1：模块：分析步2：点击创建分析步工具，弹出创建分析步对话框名称：Step-1程序类型：通用（热传递）3：点击继续，弹出编辑分析步对话框，将响应修改为稳态，点击确定(五)定义相互作用1：模块：相互作用2：点击相互作用管理器工具，弹出相互作用管理器对话框，点击创建，弹出创建相互作用对话框名称：Int-1分析步：Step-1类型：表面热交换条件点击继续，选择如下外圆面点击完成，弹出编辑相互作用对话框膜层散热系数：10e-3环境温度：20点击确定，结果如下图示：3：按照上述类似方法，定义其他4个相互作用关闭相互作用管理器，完成相互作用的定义（六）网格划分为了便于进行网格划分，先对部件进行分区1：模块：部件2：点击拆分几何元素：定义切割平面工具，选择一点及法线指定平面选择下图示一点及法线指定分割平面点击创建分区，完成拆分，结果如下图3：模块：网格对象：部件4：点击为边布种工具，框选整个部件为要布置局部种子的区域5：点击完成，弹出局部种子对话框，将近似单元尺寸修改为5，其余地方选用默认设置，点击确定6：点击指派网格控制属性工具，框选整个部件7：点击完成，弹出网格控制属性对话框，按如下设置，点击确定单元形状：六面体技术：扫掠算法：进阶算法8：点击指派单元类型工具，框选整个部件，点击完成，弹出单元类型对话框，将分析类型修改为热传递，点击确定9：点击为部件划分网格工具，点选是确定为部件划分网格结果如下图（七）创建作业1：模块：作业2：点击作业管理器工具，弹出作业管理器对话框3：点击创建，弹出创建作业对话框4:点击继续，弹出编辑作业对话框，选取默认设置，点击确定5：点击提交，提交作业6：运行过程中，可以点击监控，查看运行状态7：点击结果，进入可视化模块，并在变形图上绘制云图，结果如下。

(一)创建部件1：模块：部件2：点击创建部件工具，弹出创建部件对话框名称：CUP模型空间：三维类型：可变形形状：实体类型：旋转大约尺寸：2003：点击继续，进入草绘模式，首先应当绘制一条构造线，然后为旋转实体绘制如下截面草图4：点击完成，选择上一步创建的构造线作为中心线，弹出编辑旋转对话框，将角度修改为360度5：点击确定，旋转的结果如下（二）定义材料和截面属性1：模块：属性2：点击创建材料工具，弹出编辑材料对话框名称：steel通用→密度，将密度修改为7.85e-9力学→弹性→弹性，将杨氏模量修改为2.1e5，泊松比改为0.3热学→传导率，将传导率修改为36热学→比热，将比热修改为9e8点击确定3：点击创建截面工具名称：Section-1类别：实体类型：均质4：点击继续，弹出编辑截面对话框，材料为steel，点击确定5：点击指派截面工具，框选整个模型为要指派截面的区域6：点击完成，弹出编辑截面指派对话框，选取默认设置，点击确定（三）生成装配件1：模块：装配2：点击创建实例工具，弹出创建实例对话框，选取默认设置，点击确定（四）定义分析步1：模块：分析步2：点击创建分析步工具，弹出创建分析步对话框名称：Step-1程序类型：通用（热传递）3：点击继续，弹出编辑分析步对话框，将响应修改为稳态，点击确定(五)定义相互作用1：模块：相互作用2：点击相互作用管理器工具，弹出相互作用管理器对话框，点击创建，弹出创建相互作用对话框名称：Int-1分析步：Step-1类型：表面热交换条件点击继续，选择如下外圆面点击完成，弹出编辑相互作用对话框膜层散热系数：10e-3环境温度：20点击确定，结果如下图示：3：按照上述类似方法，定义其他4个相互作用关闭相互作用管理器，完成相互作用的定义（六）网格划分为了便于进行网格划分，先对部件进行分区1：模块：部件2：点击拆分几何元素：定义切割平面工具，选择一点及法线指定平面选择下图示一点及法线指定分割平面点击创建分区，完成拆分，结果如下图3：模块：网格对象：部件4：点击为边布种工具，框选整个部件为要布置局部种子的区域5：点击完成，弹出局部种子对话框，将近似单元尺寸修改为5，其余地方选用默认设置，点击确定6：点击指派网格控制属性工具，框选整个部件7：点击完成，弹出网格控制属性对话框，按如下设置，点击确定单元形状：六面体技术：扫掠算法：进阶算法8：点击指派单元类型工具，框选整个部件，点击完成，弹出单元类型对话框，将分析类型修改为热传递，点击确定9：点击为部件划分网格工具，点选是确定为部件划分网格结果如下图（七）创建作业1：模块：作业2：点击作业管理器工具，弹出作业管理器对话框3：点击创建，弹出创建作业对话框4:点击继续，弹出编辑作业对话框，选取默认设置，点击确定5：点击提交，提交作业6：运行过程中，可以点击监控，查看运行状态7：点击结果，进入可视化模块，并在变形图上绘制云图，结果如下。

1.1基于ABAQUS的热应力分析1.1.1 温度场数据处理(1)打开INP_Generator.exe，出现如下软件界面：图1.数据处理软件(2)点击“浏览”按钮，选择由FLUENT导出的inp文件所在路径，如下图所示：图2.路径选择(3)点击“生成”按钮，则在inp文件所在路径下自动生成包含多个温度场的ABAQUS输入文件ABAQUSinputfile.inp。

图3.生成包含连续温度场INP文件1.1.2 复材工装模板热应力分析(1)打开ABAQUS，导入inp文件后，打开Tools菜单下“Set - Manager”，如下图所示。

检查是否有名为“PID6”的set，若没有则创建一个名为“PID*”的set，set为模板整体。

（“*”为任意数字或字母）图4.创建SET(2)打开Plug-ins菜单下“CAC Project - Composite Analyse”，弹出如下界面。

在Step1标签中输入用到的材料名称并选择工作路径；在Step2中定义铺层信息，可通过右键删除或添加行；按照Step3和Step4的提示，使用ABAQUS/CAE自身功能完成剩余分析工作。

(a)(b)(c)图5.定义材料及铺层(3)进入Load模块，定义垂直于模板表面平面部分的局部坐标系。

选择“Tools”菜单下“Datum”，Type选择“CSYS”Method选择“3Points”，然后默认点击“Continue”按钮。

依次在模板表面选择坐标原点、X轴上点和XY面上的点，生成局部坐标。

图6.定义模板局部坐标系(4)点击“Create Boundary Condition”按钮，弹出边界条件定义对话框。

Step设为“Initial”，Category选择为“Mechanical”，Types for Selected Step 选择为“Displacement/Rotation”，点击“Continue”，如下图所示：图7.选择约束类型(5)将“Select regions for the boundary condition”选为“by angle”，选中模板下表现所有结点（按住Shift键可多选），点击鼠标中键，弹出如下边界条件编辑对话框，给模板施加U3和UR3约束，CSYS选择为模板局部坐标系。

Abaqus热应力分析实例1 说明：本例通过简单的杆状零件，介绍abaqus热分析的基本步骤。

利用abaqus/CAE分析图1所示的杆状零件，四面加热条件下（随时间升温T=20+5t）的温度场，并以该温度为初始条件，分析零部件受力状况。

图1为杆状零件截面的图2传热分析2.1创建part进入part模块，点击创建部件，name输入bar，模型所在空间选择3维，类型选择可变性，shape选择Solid，Type选择Extrusion，Approximate size 输入200，设置如下图，点击Continue，进入二维截面创建，分别输入（25,25）、（-25,-25）两两点，完成草图绘制，Depth（长度）输入500，完成部件的创建，如下图所示。

2.2 创建材料和截面切换到property模块，Density输入7.74e-09，Conductivity（传热率）、Specific Heat （比热）与温度有关，输入如下：2.3点击，弹出Create Section对话框，name输入Section-1，Categeory选择Solid，type选择Homogeneous，点击continue，弹出Edit Section，选择刚创建的材料Steel。

2.4赋予属性点击，选择部件，中键确定，完成材料赋予。

2.5创建分析步创建一个Heat Transfer（热传递）分析步，点击Continue，basic工具栏设置，选择Transient(瞬态分析)，time period设置为100，切换到incrementation,设置如下图。

2.6 热传递与热辐射设置在杆四周面加载一个随时间变化的的温度T=20+5t，切换到interation模块，创建温度曲线，Tools》Amplitude》create，name输入Amp-1，Type选择Tabular，列表设置如下左图。

点击，分析步选择step-1，选择surface file condition，点击continue，film coefficient 设置为0.4，Sink temperature 为1，Sink amplitude 选择上述创建的温度曲线。

Abaqus在热分析中的应用1.前言热分析用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度等。

热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统等。

Abaqus热分析类型包括稳态传热和瞬态传热，传热方式有热传导，热对流，热辐射三种。

2.问题描述分析电饭煲内的米饭在加热完成后放置6个小时，锅体及米饭的最终温度。

以一套双层锅体双层锅盖的电饭煲的设计为例说明Abaqus/Standard在热分析中的应用。

3.计算模型3.1.有限元模型建立网格划分在Hypermesh中完成，注意网格尺寸，以保证合适的单元数目保证计算时间和计算精度。

有限元模型主要包含以下几个部分：内层锅体、外层锅体、锅底、内层锅盖、外层锅盖、米饭、内外层锅体之间的空气、内外层锅盖之间的空气以及米饭和内层锅盖之间的空气，见图1。

模型中多个接触区域采用了共点划分，如：米饭和锅体之间、米饭和空气之间、空气和锅盖之间，这些地方采用共点的方式来实现他们之间的热传导，在不影响计算结果的情况下大大节省了设模型的时间，也使模型简单化。

图1 有限元模型（剖视图）3.2.材料模型中所用材料参数包含：密度、比热、热传导率和发射率。

3.3.传热方式和加载3.3.1 传热方式：热传递是通过热传导、对流和热辐射三种方式来实现。

在实际的传热过程中，这三种方式往往是伴随着进行的。

模型中通过多种设置实现这三种热传递方式。

传导—热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统的现象叫做热传导，热传导是固体中热传递的主要方式。

模型中通过两种方式来实现热传导。

1）共点网格：模型中除了锅盖和锅体之间的接触外其他的的接触部位假设完全接触，而在接触表面不存在热阻，通过共点来实现模拟。

2）接触对：锅盖与锅体之间的接触部分通过添加接触对来模拟二者之间的热传导，假设二者之间存在0.1mm的空气间隙，通过计算得到热阻系数。

热阻系数=空气热传导率/空气间隙对流—液体或气体中较热部分和较冷部分之间通过循环流动使温度趋于均匀的过程，对流是液体和气体中热传递的特有方式，气体的对流现象比液体明显，对流可分自然对流和强迫对流两种。

abaqus热分析
热分析:
1977年在日本京都召开的国际热分析协会(ICTA, International Conference on Thermal Analysis)第七次会议对热分析进行了如下定义：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度之间关系的一类技术。

最常用的热分析方法有：差(示)热分析(DTA)、热重量法(TG)、导数热重量法(DTG)、差示扫描量热法(DSC)、热机械分析(TMA)和动态热机械分析(DMA)等。

热分析技术在物理、化学、化工、冶金、地质、建材、燃料、轻纺、食品、生物等领域得到广泛应用。

abaqus热分析:
首先在三维软件里面建立相应的几何模型，可以根据实际情况建立给这个几何模型赋予相应的材料书属性，赋完材料和属性之后几何模型会相应的改变颜色，呈现绿色。

需要注意的是，材料的属性中需要包含杨氏模型，泊松比还有热膨胀系数，如果有相应的试验值，最好能够填上试验值。

建立载荷步，类型选择为静态（static）和通用（general）
之后进入load模块进行边界条件的设置，如图所示约束住模型的上边缘的所有自由度
之后还是在这个模块进行预定义场的设置，将初始温度改成室温20℃
为了实现温度的变化情况，我们需要点击第3步中建立的载荷步，点击modified，然后将该载荷步下的温度改为120℃
在mesh模块进行网格划分，采用结构化的四边形网格，划分完网格之后就可以进行分析了
进入到job模块，直接submit我们的工作文件，等到status 显示complete就表示分为完成了，我们可以直接点击submit下方的result或者进入visualization这个模块进行后处理的观察。

这样我们就完成了平板升温时的变形情况。