热应力分析实例

热应力分析实例详解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；实例1：带孔平板的热应力分析定义材料属性——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。

ANSYS热应力分析例题实例1——圆简内部热应力分折：有一无限长圆筒，其核截面结构如图13—1所示，简内壁温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表13．1所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。

该问题属于轴对称问题。

由于圆筒无限长，忽略圆筒端部的热损失。

沿圆筒纵截面取宽度为10M的如图1 3—2所示的矩形截面作为几何模型。

在求解过程中采用间接求解法和直接求解法两种方法进行求解。

间接法是先选择热分析单元，对圆筒进行热分析，然后将热分析单元转化为相应的结构单元，对圆筒进行结构分析；直接法是采用热应力藕合单元，对圆筒进行热力藕合分析。

/filname,exercise1-jianjie/title,thermal stresses in a long/prep7 $Et,1,plane55Keyopt,1,3,1 $Mp,kxx,1,70Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2Lesize,all,,,5 $Amesh,1 $Finish/solu $Antype,staticLsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20allsel $outpr,basic,allsolve $finish/post1 $Set,last/plopts,info,onPlnsol,temp $Finish/prep7 $Etchg,ttsKeyopt,1,3,1 $Keyopt,1,6,1Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,allLsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,allAllsel $Finish/solu $Antype,staticD,all,uy,0 $Ldread,temp,,,,,,rthAllsel $Solve $Finish/post1/title,radial stress contoursPlnsol,s,x/title,axial stress contoursPlnsol,s,y/title,circular stress contoursPlnsol,s,z/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv $finish/filname,exercise1-zhijie/title,thermal stresses in a long/prep7 $Et,1,plane13Keyopt,1,1,4 $Keyopt,1,3,1Mp,ex,1,220e9 $Mp,alpx,,1,3e-6 $Mp,prxy,1,0.28MP,KXX,1,70Rectng,0.1,0.15,0,0.01 $Lsel,s,,,1,3,2Lesize, all,,,20 $Lsel,s,,,2,4,2Lesize,all,,,5 $Amesh,1Lsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $Cp,8,ux,allLsel,s,,,2 $Nsll,s,1 $Cp,9,ux,allALLSEL $Finish/solu $Antype,staticLsel,s,,,4 $Nsll,s,1 $d,all,temp,200lsel,s,,,2 $nsll,s,1 $d,all,temp,20allsel $outpr,basic,allsolve $finish/post1 $Set,last/plopts,info,onPlnsol,temp/title,radial stress contoursPlnsol,s,x/title,axial stress contoursPlnsol,s,y/title,circular stress contoursPlnsol,s,z/title,equvialent stress contoursPlnsol,s,eqv $finish318页实例2——冷却栅管的热应力分析图中为一冷却栅管的轴对称结构示意图，其中管内为热流体，温度为200℃，压力为10Mp,对流系数为11 0W／(m2•℃)；管外为空气，温度为25℃，对流系数为30w／(mz．℃)。

ABAQUS热应力分析解析实例详解ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以进行各种不同类型的分析，包括热应力分析。

热应力分析是通过模拟材料受热后发生的变形来评估材料的热稳定性和耐久性。

在这篇文章中，我们将详细介绍ABAQUS热应力分析的步骤和实例。

首先，我们需要创建一个ABAQUS模型。

模型包括几何形状、材料属性和边界条件。

在热应力分析中，我们通常需要定义一个热源，以及材料的热传导、热膨胀和热辐射等属性。

在这个实例中，我们将模拟一个烤箱的加热过程。

模型是一个简单的长方体，材料是钢铁，边界条件是恒定的热流。

下一步是定义材料属性。

我们需要定义钢铁的热传导系数，热膨胀系数和热辐射系数。

这些属性通常可以从材料手册或实验中获得。

我们将使用以下参数：-热传导系数：40W/mK-热膨胀系数：12e-61/°C-热辐射系数：0.8接下来，我们需要定义边界条件。

在这个实例中，我们将模拟一个恒定的热流输入。

我们可以通过选择“控制模拟”菜单中的“载荷”选项来定义边界条件。

在强制边界条件下选择“热流”载荷，然后指定热流的大小和方向。

我们将选择1000W的热流输入。

然后，我们需要定义分析步骤。

在这个实例中，我们将使用一个稳态热分析步骤。

在强制模式下选择“热”分析步骤，然后指定步骤的参数，包括时间步长和总时间。

我们将选择0.1s的时间步长和10s的总时间。

在模拟之前，我们需要定义网格划分。

网格划分是将模型分解为多个小元素的过程，以便于进行数值计算。

ABAQUS中有多种网格划分方法可供选择。

我们可以通过选择“网格”菜单中的“划分”选项来进行网格划分，然后选择适当的网格划分方法和参数。

当所有定义都完成后，我们可以点击“开始模拟”按钮开始进行热应力分析。

ABAQUS将使用已定义的模型、材料属性、边界条件和分析步骤来进行数值计算。

计算结果将显示在ABAQUS的图形界面中。

在热应力分析完成后，我们可以查看结果并进行后处理。

以厚薄不同的T型粱为例,分析热应力产生的原因和过程举例为了说明铸件内热应力的产生过程，现举一个简单的例子。

现以厚度不均匀的T字梁为例（图2-1）来讨论残余热应力的产生过程。

该件是结构最为简单的铸件。

T字梁铸件由杆I和杆II两部分组成，杆I较厚，杆II较薄。

A 假设：为了讨论简化起见，现作如下假设：1）．杆I和杆II从同一温度tH开始冷却，最后冷却到同一温度T0。

2）. 合金有一个临界温度Tk，在此温度以上，合金处于塑性状态，以下处于弹性状态；3）合金在冷却过程中没有固态相变，铸件收缩不受铸型的阻碍；4）杆I 和杆II冷却速度相互没有影响，即各自相互冷却。

5）材料的膨胀（收缩）系数a和弹性模量E不随温度而变，其值为一常数。

6）在整个过程中，杆件不产生弯曲变形。

B 图的解释：图12-4）是杆I和杆II的冷却曲线（t一T曲线）。

两个图纵横坐标，时间, 温度，应变。

开始冷却时两杆温度相同，为Th。

冷到最后时，两杆温度也相同，为T0。

由于杆I较厚而杆II较薄，所以冷却前期杆II的冷却速度比杆I快。

但两杆温度最后相同，所以冷却后期必然是杆I的冷却速度比杆II快。

假如收缩（膨胀）系数，不随温度而变，其值为一常数，则铸件在各个温度时的自由收缩量ε与温度成正比，亦即ε一t 曲线在外形上与T一t 二曲线完全一致，因而可得图12-4b）线收缩曲线。

虚线C0C1C2C3为两杆联在一起时的线收缩曲线。

C）分析：热应力产生过程，可根据图11-1分为三个阶段说明之：第一阶段：时间从t0到t1，杆I温度从TH 到TI' ，杆II温度从TH到Tk（TII'），T（TI，TII ）＞Tk，杆I及杆II均处于塑性状态。

如两杆均能自由收缩，则杆I的长度为l＋d1a1：，杆II的长度应为l0＋d b11。

但事实上两杆联在一起，收缩彼此受到限制，故两杆应具有长度l0＋d1c1。

此时若不产生弯曲变形，杆I被塑性地压缩，杆II塑性拉伸。

例1：有一截面为圆环形的输暖管道，如图7—17内外管道半径分别为200mm、800mm，管道内水的半径为80℃，管外表层温度为10℃，求管道内的热应力分布(假设管道内充满水)。

材料参数：弹性模量Z—120GPa泊松比v＝0.3线膨胀系数α＝1.3×10^-6m/m℃导热系数k=l.2w／m℃分析：该问题属于轴对称问题。

在进行有限元计算时，沿管道横截面取宽度50mm的矩形截面(如图7—18为计算模型，首先采用间接法进行对其进行热应力分析，然后再采用直接法进行分析，最后对二者求解结果进行比较分析。

间接法求解：Finish/clear/filname,thermal stresses in a long cylinder-indirect solution/prep7Et,1,plane55,,,1 !定义轴对称单元Mp,kxx,1,1.2Rectng,0.2,0.8,0,0.05Type,1Lsel,s,line,,1,3,2Lesize,all,,,10Lsel,s,line,,2,4,2Lesize,all,,,2Amesh,1Finish/solu !热传导求解Antype,staticLsel,s,line,,4Nsll,s,1D,all,temp,80Lsel,s,line,,2Nsll,s,1D,all,temp,10AllselOutpr,basic,allSolvefinish/post1Plnsol,tempFinish/prep7 !重新进入前处理，进行热应力耦合分析Etchg,tts !转化单元类型热单元55为结构单元42Keyopt,1,3,1 !定义单元关键字选项3为1（轴对称）Keyopt,1,6,1 !定义单元关键字选项6为1（无表面输出）Mp,ex,1,120e9 !输入材料结构性能参数Mp,alpx,,1.3e-6Mp,nuxy,1,0.3Lsel,s,line,,3Nsll,a,1Cp,7,uy,allallselCp,8,ux,1,14,24Cp,9,ux,2,12,13Finish/solu !热应力求解Antype,staticD,1,uy,,,11 !施加位移约束Ldread,temp,,,,,,rthSolveFinish/post1Plnsol,s,xPlnsol,s,yPlnsol,s,zFinish直接法求解：Finish/clear/filname,thermal stresses in a long cylinder-direct solution/prep7Et,1,plane13,,,1 !定义热应力耦合单元Keyopt,1,1,4 !定义单元关键字选项1=4（ux,uy,temp,az自由度）Keyopt,1,3,1 !定义单元关键字选项3=1（轴对称）Mp,ex,1,120e9 ！输入材料性能参数Mp,nuxy,1,0.3Mp,alpx,,1.3e-6Mp,kxx,1,1.2Rectng,0.2,0.8,0,0.05 !创建几何模型Type,1 !进行网格划分Lsel,s,line,,1,3,2Lesize,all,,,10Lsel,s,line,,2,4,2Lesize,all,,,2Amesh,1Lsel,s,line,,3Nsll,s,1Cp,7,uy,all !耦合节点AllselCp,8,ux,1,14,24Cp,9,ux,2,12,13Finish/soluAntype,static !热应力耦合求解Lsel,s,line,,4Nsll,s,1D,all,temp,80 !施加温度载荷Lsel,s,line,,2Nsll,s,1D,all,temp,10 !施加温度载荷AllselD,1,uy,,,11 !施加位移约束Outpr,basic,allsolveFinish/post1Plnsol,temp !输出温度场Plnsol,s,x !输出应力场Plnsol,s,yPlnsol,s,zfinish。

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。

A N S Y S热应力分析实例-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN热流体在代有冷却栅的管道里流动，如图为其轴对称截面图。

管道及冷却栅的材料均为不锈钢，导热系数为1.25Btu/hr-in-oF，弹性模量为28E6lb/in2泊松比为0.3。

管内压力为1000 lb/in2，管内流体温度为450 oF，对流系数为1 Btu/hr-in2-oF,外界流体温度为70 oF，对流系数为0.25 Btu/hr-in2-oF。

求温度及应力分布。

7.3.2菜单操作过程7.3.2.1设置分析标题1、选择“Utility Menu>File>Change Title”，输入Indirect thermal-stress Analysis of a cooling fin。

2、选择“Utility Menu>File>Change Filename”，输入PIPE_FIN。

7.3.2.2进入热分析，定义热单元和热材料属性1、选择“Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete”，选择PLANE55，设定单元选项为轴对称。

2、设定导热系数：选择“Main Menu>Preprocessor>MaterialPorps>Material Models”，点击Thermal，Conductivity，Isotropic，输入1.25。

7.3.2.3创建模型1、创建八个关键点，选择“MainMenu>Preprocessor>Creat>Keypoints>On Active CS”，关键点的坐标如下：编号 1 2 3 4 5 6 7 8X 5 6 12 12 6 6 5 5Y 0 0 0 0.25 0.25 1 1 0.252、组成三个面：选择“MainMenu>Preprocessor>Creat>Area>Arbitrary>Throuth Kps”，由1,2,5,8组成面1；由2,3,4,5组成面2；由8,5,6,7组成面3。

热膨胀与热应力的工程实例分析引言：热膨胀与热应力是工程领域中经常遇到的问题。

在材料受热膨胀的过程中，会产生应力，当这些应力达到材料的强度极限时，会导致零件的变形、开裂甚至失效。

因此，热膨胀与热应力在工程设计中需要得到充分考虑。

在本文中，将通过两个实际工程案例来讨论热膨胀与热应力的具体影响及其解决方法。

案例一：建筑物的伸缩缝设计在建筑物的设计过程中，热膨胀与热应力是需要特别关注的问题。

由于建筑物的体积较大，所受的温度变化会引起较大的热膨胀，如果没有合理设置伸缩缝，就会导致建筑物的破坏。

一个典型的实例是高速公路桥梁的设计。

随着季节和日夜温差的变化，桥面铺设材料会发生热胀冷缩。

如果没有合适的伸缩缝设计，桥面可能会出现龟裂和变形，给行车安全带来威胁。

因此，在桥梁设计中，需要预留伸缩缝，通过伸缩缝的设置，可为桥面材料提供一定的膨胀缩胀空间，从而减少热应力的产生。

此外，在多层建筑的设计中也需要考虑热膨胀和热应力对结构的影响。

在楼层之间设置伸缩缝，可以为建筑结构提供一定的活动空间，以减少热膨胀产生的应力。

伸缩缝的设计需要考虑多种因素，如建筑材料的热膨胀系数、气候条件等，来预估热应力产生的范围，从而保证建筑物的安全运行。

案例二：热电发电中的热应力控制热电发电是一种通过热膨胀产生的热应力来驱动发电机的技术。

在热电发电装置中，燃烧热能会引起材料的热膨胀，进而产生热应力用于驱动发电。

然而，由于热应力的高温和周期性特性，如果不加以控制，将会导致装置的失效。

因此，在热电发电装置的设计中，需要选用具有一定弹性的材料，以承受热应力的作用，并通过结构设计和工艺控制来减少热应力的产生。

同时，还需要在材料的选择过程中考虑到材料的热膨胀系数。

选择热膨胀系数相近的材料，可以减少热应力的差异，降低装置的失效风险。

结论：热膨胀与热应力在工程设计中是需要重点关注的问题。

在建筑物的设计中，通过合理设置伸缩缝来减少热应力的产生。

在热电发电装置中，通过材料选择和结构设计等手段来控制热应力。

热应力数值模拟分析实例详解实例1——圆筒热应力分析1、问题描述有一短圆筒，其横截面结构如图7.24所示，筒内避温度为200℃，外壁温度为20℃，圆筒材料参数如表7.4所示，求圆筒内的温度场、应力场分布。

表7.4 材料性能参数弹性模量EGPa 泊松比ν线膨胀系数α℃-1导热系数KW/(m•℃)220 0.28 1.3e-6 70图8.24 圆筒横截面结果示意图2、三维建模应用Pro-E软件对固体计算域进行三维建模，实体如图7.25所示：图7.25 短圆筒三维实体图3、网格划分采用采用ANSYS有限元分析软件对计算域进行网格划分，得到如图7.26所示的六面体网格单元。

流场的网格单元数为5760，节点数为7392。

图7.26 短圆筒网格图4、模拟计算结果及分析采用ANSYS有限元分析软件稳态计算，设置短圆筒导热系数为70W/(m•℃)，弹性模量为220Gpa，泊松比为0.28ν，线膨胀系数为1.3e-6℃-1。

筒内壁加载温度载荷为200K，筒外壁加载温度载荷为20K。

求解时选取Thermal Energy传热模型。

求解方法采用高精度求解，计算收敛残差为10-4。

图7.27为圆筒内的温度场分布等值线图；图7.28为圆筒轴截面上的温度场分布等值线图；图7.29为圆筒轴截面上的径向应力场分布等值线图；图7.30为圆筒轴截面上的轴向应力场分布等值线图；图7.31为圆筒轴截面上的周向应力场分布等值线图；图7.32为圆筒轴截面上的等效应力场分布等值线图。

数据文件及结果文件在heat stress文件夹内。

图7.27 圆筒内的温度场分布等值线图图7.28 圆筒轴截面上的温度场分布等值线图图7.29 圆筒轴截面上的径向应力场分布等值线图图7.30 圆筒轴截面上的轴向应力场分布等值线图图7.31 圆筒轴截面上的周向应力场分布等值线图图7.32 圆筒轴截面上的等效应力场分布等值线图。

第22章热－应力耦合分析实例温度的分布不均会导致部件内部产生热应力，在结构分析中常会遇到需要考虑温度场对应力分布影响的情况。

特别在进行各类燃机的部件，如航空发动机的涡轮盘、叶片等的强度计算分析时通常要考虑热问题。

各类输送管道由于内外温度不同也会产生热应力。

另外材料的性能和其温度是相关的，不同的温度下其性能通常不同，这也会造成部件应力分布的变化。

为此，本章通过实例来讲解如何用ANSYS6.1来进行这类问题的分析。

22.1 问题描述一无限长的截面形状和尺寸如图22.1所示的厚壁双层圆管，其内、外层温度分别为Ti和To，材料数据和边界条件如表22.1所示，利用ANSYS程序来求解圆管沿径向的温度分布情况，并求解圆管内沿径向和周向的应力情况。

图22.1 双层管道的截面图表22.1 材料性能参数表材料编号热导率(W/mm. o C)弹性模量(MPa) 泊松比热膨胀系数(－o C-1)1(钢),内层0.0234 2.05E5 0.3 10.3 2 (铝) ,外层0.152 0.63E50.33 20.7从上面描述的问题可以看出，本实例属于轴对称问题，可以采用轴对称方法来进行分析。

同时本问题为典型的热－应力耦合问题，可以采用间接法顺序耦合分析的一般步骤进行分析。

因为管道为无限长，故建立模型时轴向尺寸可以是任意大于零的值，且将其一边轴向约束，一边所有节点轴向自由度耦合。

下面我们将首先建立有限元模型，进行稳态热分析，并观察分析其沿径向的温度分布情况。

然后将模型中的热单元类型转换成对应的结构分析单元类型，重新定义材料的力学性能参数，并将热分析的结果以体载荷的形式施加到模型中，定义合理的边界条件，进行结构静力求解。

最后，观察并分析整个结构沿径向和周向的应力分布情况。

22.2 建立模型在ANSYS6.1中，首先通过完成如下工作来建立本算例的有限元模型，需要完成的工作有：指定分析标题，定义材料性能，定义单元类型，建立几何模型并划分有限元网格等。

ANSYS热应力分析实例ANSYS是一款广泛应用于工程领域的有限元分析软件，可以对复杂的物理系统进行分析。

其中之一的热应力分析可以用于评估材料在温度变化下的变形和应力分布情况。

下面将给出一个ANSYS热应力分析实例进行详细说明。

实例场景描述：假设我们有一个高温容器，容器由一种特定材料制成，在加热的过程中，容器内的温度会达到1500°C，我们希望了解容器在这种高温下的变形和应力情况。

实例步骤：1.创建几何模型首先，我们需要在ANSYS中创建几何模型。

可以通过几何建模软件（如SolidWorks）创建一个容器的3D模型，然后将该模型导入ANSYS中。

确保在导入模型时尽量保留几何体的完整性。

2.定义材料属性在进行热应力分析之前，需要提前定义材料的热力学性质。

对于我们的实例中的容器材料，需要知道其热导率、热膨胀系数、Young弹性模量和泊松比等参数。

这些参数可通过材料手册或实验测试获得。

3.设置边界条件在ANSYS中，我们需要设置边界条件以模拟实际工作环境。

对于本实例，我们需要设置容器表面的边界条件为1500°C，同时设置容器底部为固定边界，以防止其在分析过程中移动。

4.进行热传导分析在进行热应力分析之前，需要进行热传导分析。

在这一步骤中，我们需要使用热传导方程计算材料内部的温度分布情况。

这些结果将作为后续热应力分析的输入。

5.进行热应力分析在得到热传导分析的温度分布结果后，我们可以开始进行热应力分析。

在这一步骤中，ANSYS会根据材料的热膨胀系数计算出由温度变化引起的应变，并进一步计算出引起的应力分布。

通过这些结果，我们可以了解容器在高温下产生的变形和应力情况。

6.结果分析与后处理最后，我们需要对热应力分析的结果进行分析和后处理。

ANSYS提供了丰富的后处理工具，可以对应力分布、应变分布、变形分布等进行可视化和统计分析。

我们可以通过这些工具来评估容器在高温下的耐受性和结构完整性。

总结：以上是一个ANSYS热应力分析的简单实例，通过分析容器在高温下的变形和应力情况，我们可以评估容器在实际工作环境中的性能。

ABAQUS热应力分析实例详解热应力分析是指在材料受到热载荷的作用下，由于温度和热应力的非均匀分布而产生的应力状态。

ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以用于进行热应力分析。

下面将以一个实例来详细介绍ABAQUS热应力分析的流程和步骤。

假设我们有一个具有热源的方形材料板，需要分析其热应力分布情况。

首先，我们需要确定仿真模型的几何尺寸和材料属性。

假设板材的尺寸为10cm x 10cm，材料为铝，具有线膨胀系数α=23.1×10^-6/°C和热导率λ=237W/m·K。

1. 创建模型：打开ABAQUS软件，创建一个新模型，并在模型中创建一个二维平面应变比例等效热应力分析。

选择“3D”模型，然后在“Parts”面板中点击右键，选择“Create”->“Part”，设置尺寸为10cm x 10cm。

2. 材料属性定义：在“Model”面板中选择“Materials”->“Create”->“Isotropic”来定义材料的力学性能。

输入铝的杨氏模量E=71 GPa和泊松比ν=0.333. 模型网格划分：在“Model”面板中选择“Mesh”->“Create”->“Part”，选择要进行网格划分的实体和面，然后定义网格大小。

可以根据需要设置不同大小的网格。

4. 网格单元类型选择：在“Mesh”面板中选择网格划分的网格单元类型。

可以选择线性三角形元、线性四边形元或其他类型的单元。

5. 温度加载：在“Model”面板中选择“Loads”->“Create”->“Temperature”来定义温度加载。

选择加载的表面或体实体，并设置温度大小和类型（恒定温度或温度曲线）。

6. 边界条件定义：在“Model”面板中选择“Bounadry Conditions”->“Create”->“Encastre”来定义边界条件。

选择边界条件所在的边或节点，并设置边界条件类型（固支、自由度约束等）。

ANSYS热应力分析实例在航天器的火箭发动机喷管系统中，热应力是一个非常重要的考虑因素。

在发动机工作过程中，高温燃烧气体通过喷管流过时，会导致喷管内壁产生高温，并引起温度梯度。

这种温度梯度会导致喷管内壁的膨胀和应力的产生，如果超过喷管材料的承受能力，就会发生破裂和损坏。

为了评估火箭发动机喷管系统的热应力情况，我们可以使用ANSYS进行分析。

首先，我们需要建立一个喷管的几何模型，并定义材料属性和边界条件。

然后，我们可以设置热负荷和温度梯度。

接下来，我们使用ANSYS的热分析功能来模拟燃烧气体通过喷管的过程，从而计算出喷管内壁的温度分布。

通过这个分析，我们可以获得各个点的温度数据。

然后，我们可以将温度数据输入到ANSYS的结构分析模块中，使用热-结构耦合功能来计算喷管内壁的应力分布。

这个分析可以帮助我们判断喷管在工作状态下是否会产生过大的热应力。

最后，我们可以根据得到的结果来评估喷管的安全性，并根据需要进行设计优化。

如果发现有区域的热应力超过了材料的承受能力，我们可以考虑增加材料厚度或者改变材料的性质来提高喷管的耐热性能。

通过使用ANSYS进行热应力分析，我们可以更好地理解喷管的热响应，并提前预测和防范潜在的问题，从而提高火箭发动机系统的可靠性和安全性。

总结起来，ANSYS热应力分析在航天器火箭发动机喷管系统中的应用非常重要。

通过该分析，我们可以评估喷管在工作过程中是否会产生过大的热应力，并提前采取相应的措施来防止潜在的破裂和损坏问题。

这种分析方法可以提高设计的可靠性和安全性，减少后续维修与改进方面的开支和工作量。

ANSYS热应力分析实例热应力是指由于温度变化引起的材料内部应力。

在工程设计中，热应力分析对于预测材料在实际使用条件下的性能至关重要。

ANSYS是一款领先的有限元分析软件，可以在工程设计和分析中进行热应力分析。

本文将介绍一个简单的热应力分析实例，以帮助读者了解如何使用ANSYS进行该类型的分析。

在这个实例中，我们将使用ANSYS来模拟一个由钢材制成的热板，在其表面施加热流。

我们将分析在不同的热流条件下，热板表面的温度分布及由此产生的热应力。

首先，我们需要在ANSYS中建立模型。

我们选择建立一个二维平面应力模型，模型尺寸为2mx1m。

我们为钢材定义材料属性，包括杨氏模量和泊松比。

接下来，我们为模型施加边界条件，固定模型的下边界，模拟一个定量的热流施加在模型的上边界。

然后，我们需要定义热流的边界条件。

我们选择在模型的上边界施加一个固定的热流密度，例如1000W/m^2、我们还需要定义热板的初始温度，通常可以选择室温或其他合适的温度。

接下来，我们进行热传导分析。

在ANSYS中，我们可以通过定义热传导方程和边界条件来模拟热流的传导行为。

我们将求解热传导方程，得到热板上每个点的温度分布。

一旦我们得到了热板的温度分布，我们可以通过热传导方程计算热应力。

热应力是由于温度变化引起的材料内部应力，可以通过考虑材料的热膨胀系数和热导率来计算。

在ANSYS中，我们可以使用热应力分析模块来计算模型中每个点的热应力。

最后，我们可以通过后处理功能来查看热板表面的温度分布和热应力分布。

我们可以将结果可视化为温度云图和热应力云图，以便更直观地理解热应力的分布情况。

我们还可以提取特定点的温度和热应力数值，以帮助评估热板在不同热流条件下的性能表现。

总的来说，热应力分析是工程设计中非常重要的一部分，能够帮助工程师预测材料的性能并优化设计。

ANSYS作为一款功能强大的有限元分析软件，可以帮助工程师进行精确的热应力分析，并提供丰富的可视化和后处理功能。