Abaqus热传导与热应力分析，Heat Transfer模块使用心得

“Zero pivot”出现在热传导稳态分析里，先看有没有加温度边界条件，稳态纯热传导只有对流和辐射的话，温度场是奇异的，因为没有绝对温度的锚点，至少给一个节点或者面加温度约束，或者用initial condition给全温度场初始值，增量步里再放开。

热传导分析步用Heat Transfer，steady-state做稳态，transient做瞬态，瞬态要设time period和increment，时间增量跟热扩散率有关，钢的热扩散率大概是11mm²/s，网格尺寸5mm的话时间步给1到5秒差不多，太小了算得慢，太大了温度跳变失真。瞬态还有一个小设置，minimum increment和maximum increment都要给，maximum给总时间的十分之一，不然abaqus可能一步跳过去。

热应力分析两条路，完全耦合用Coupled Temperature-Displacement，C3D8T单元，位移和温度自由度同时算，适合热冲击或者接触热传导问题，计算量大；顺序耦合先跑Heat Transfer，再把温度场作为Predefined Field导入应力分析，Import里选Temperature from odb，step选initial，温度场自动映射到当前网格上，网格不一致会插值，误差可接受。顺序耦合快，多数情况够用。

热边界条件：Film Condition膜系数，钢-空气自然对流给5到25 mW/(mm²·K)，强制对流给50到200，水冷给1000到5000。Radiation辐射，Stefan-Boltzmann常数5.67e-14 mW/(mm²·K⁴)，环境温度295K，emissivity钢0.3到0.8，铝0.1到0.2，抛光表面取低值，氧化表面取高值。Heat Flux热流密度直接加在面上，或者用DFLUX子程序写移动热源。

热接触：两个物体接触传热，用interaction里的Gap Conductance，值给100到1000 mW/(mm²·K)，太低了温度不连续，太高了接触面温度一样。热接触和力学接触同时存在时，general contact里thermal conductance和mechanical friction都要设，不然温度传不过去。

材料热属性：导热conductivity，比热specific heat，密度density，热膨胀expansion。mm-tonne-s下导热45 mW/(mm·K)，比热4.6e8 mJ/(tonne·K)，密度7.85e-9，热膨胀1.2e-5。温度相关的话在表里给不同温度的值，abaqus自动线性插值，外推用constant。热膨胀参考温度stress-free temperature设20度或者工艺温度，热应力都是相对于这个温度算的。

后处理：NT11是节点温度，HFL是热流密度，S是热应力，热应力的量级跟弹性模量和温差成正比，钢件温差100度热应力能到200MPa左右。顺序耦合里温度场odb和分析odb分开，用session.odbs和openOdb来回切，别搞混了。膜系数或者辐射给错了，温度分布完全不对，先跑一个简单平板稳态验证一下，一面固定温度一面对流，解析解对比一下。

热疲劳：循环温度用Direct Cyclic或者Fatigue，热应力幅值和循环次数算寿命，Cohesive单元模拟热致分层。热冲击用Coupled Temp-Disp Explicit，时间步小到1e-5秒，冲击载荷持续几毫秒，算完看最大主应力和温度梯度的关系。工作目录D:\thermal\里放inp和材料库，下一步把随温度变化的屈服应力加进去，看塑性应变积累……

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