從下面的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例中，讀者可以學(xué)習(xí)如何在ABAQUS中進(jìn)行熱應(yīng)力分析，掌握ABAQUS/CAE的以下功能。

l在Material模塊中，定義膨脹系數(shù)。

l在Load模塊中，使用預(yù)定義場(chǎng)（Predefined Field）來(lái)定義溫度場(chǎng)。

8.2.1 實(shí)例描述

鐵軌模型如圖8-1所示，在夏天，鐵軌很容易受環(huán)境溫度的影響而發(fā)生變形。一般當(dāng)鐵軌溫度超過45℃時(shí)，鐵軌就可能發(fā)生形變，下面將對(duì)

這一實(shí)例進(jìn)行分析。假設(shè)鐵軌的初始溫度為15℃，分析當(dāng)溫度升至45℃時(shí)鐵軌的受力狀態(tài)，鐵軌的膨脹系數(shù)為1.18×10-5。

8.2.2 創(chuàng)建部件

（1）啟動(dòng)ABAQUS/CAE，進(jìn)入Part模塊，單擊工具區(qū)中的Create Part圖標(biāo)，彈出Create Part對(duì)話框，在Name文本框中輸入“Part-tiegui”，設(shè)置Modeling Space為3D，再依次選擇Deformable、Solid和Extrusion，如圖8-2所示，然后單擊Continue按鈕。

（2）單擊工具區(qū)中的圖標(biāo)，根據(jù)圖8-3所示，繪制頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為（0,120）、（35,120）、（38,88）、（12,88）、（12,28）、（60,24）、（60,0）及（0,0）的封閉多邊形。

（3）在視圖區(qū)單擊鼠標(biāo)中鍵，彈出Edit Base Extrusion（編輯拉伸屬性）對(duì)話框，設(shè)置Depth（拉伸長(zhǎng)度）為130，如圖8-4所示，單擊OK按鈕，完成部件的創(chuàng)建。

8.2.3 定義材料屬性

（1）在工作區(qū)上方的Module下拉列表框中選擇Property選項(xiàng)，進(jìn)入材料屬性編輯界面。單擊工具區(qū)中的Create Material圖標(biāo)，彈出EditMaterial對(duì)話框，默認(rèn)名稱為Material-1，在Material Behaviors（材料行為）選項(xiàng)組中依次選擇Mechanical→Elasticity→Elastic選項(xiàng)。此時(shí)，在下方出現(xiàn)的數(shù)據(jù)表中依次設(shè)置Young’s Modulus為210000，Poisson’sRatio為0.3，保持其余參數(shù)不變，如圖8-5（a）所示。

（2）再為材料定義膨脹系數(shù)，在Material Behaviors選項(xiàng)組中依次選擇Mechanical→Expansion（膨脹）選項(xiàng)。在數(shù)據(jù)表的Expansion Coeff下輸入“1.18e-5”，如圖8-5（b）所示，最后單擊OK按鈕。

8.2.4 定義和指派截面屬性

（1）單擊工具區(qū)中的Create Section圖標(biāo)，彈出Create Section對(duì)話框，默認(rèn)名稱為Section-1，其他選項(xiàng)保持不變，如圖8-6所示，單擊Continue按鈕。彈出Edit Section對(duì)話框，在Material下拉列表框中選擇Material-1選項(xiàng)，如圖8-7所示，單擊OK按鈕。

（2）單擊工具區(qū)中的Assign Section圖標(biāo)，在視圖區(qū)選擇整個(gè)模型，單擊提示區(qū)的Done按鈕（或在視圖區(qū)單擊鼠標(biāo)中鍵），彈出EditSection Assignment對(duì)話框，在Section下拉列表框中選擇Section-1選項(xiàng)，如圖8-8所示，單擊OK按鈕。

8.2.5 定義裝配

在Module下拉列表框中選擇Assembly選項(xiàng)，單擊工具區(qū)中的CreateInstance圖標(biāo)，彈出Create Instance對(duì)話框，保持各項(xiàng)默認(rèn)值，如圖8-9所示，單擊OK按鈕。

8.2.6 設(shè)置分析步

（1）在Module下拉列表框中選擇Step選項(xiàng)，進(jìn)入分析步編輯界面。單擊工具區(qū)中的Create Step圖標(biāo)，彈出Create Step對(duì)話框，分析步名稱默認(rèn)為Step-1，保持各項(xiàng)默認(rèn)值，如圖8-10所示。

（2）單擊Continue按鈕，進(jìn)入Edit Step對(duì)話框，保持各項(xiàng)默認(rèn)值，如圖8-11所示，單擊OK按鈕。

8.2.7 定義集合、邊界條件

（1）在Module下拉列表框中選擇Load選項(xiàng)，進(jìn)入載荷編輯界面。選擇菜單欄中的Tools→Set→Manager命令，彈出Set Manager對(duì)話框，單擊Create按鈕，依次創(chuàng)建下列集合。

lSet-Fix集合：鐵軌上施加固支邊界條件的端面，如圖8-12（a）所示。

lSet-Symm集合：鐵軌上施加對(duì)稱約束的端面，如圖8-12（b）所示。

定義完畢后，創(chuàng)建的集合出現(xiàn)在Set Manager對(duì)話框中，如圖8-13所示。

（2）單擊工具區(qū)中的Create Boundary Condition圖標(biāo)，彈出CreateBoundary Condition對(duì)話框，在Name文本框中輸入“BC-Fix”，設(shè)置Step為Initial，如圖8-14所示，單擊Continue按鈕。在提示區(qū)單擊Sets按鈕，彈出Region Selection對(duì)話框，選擇Set-Fix，如圖8-15所示，單擊Continue按鈕。在彈出的Edit Boundary Condition對(duì)話框中選中ENCASTRE(U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0)單選按鈕，如圖8-16所示。

（3）用同樣的方法創(chuàng)建邊界條件BC-Symm，設(shè)置Step為Initial，在Region Selection對(duì)話框中選擇Set-Symm，在Edit Boundary Condition對(duì)話框中選中ZSYMM(U3=UR1=UR2=0)單選按鈕。單擊工具欄中的Boundary Condition Manager圖標(biāo)，可以看到，剛才創(chuàng)建的邊界條件已列于表中，如圖8-17所示。

8.2.8 定義溫度場(chǎng)

（1）在Load模塊下，使用預(yù)定義場(chǎng)來(lái)定義初始溫度場(chǎng)（15℃）。進(jìn)入Load模塊，在菜單欄中選擇Predefined Field→Manager命令，單擊Create按鈕，彈出Create Predefined Field對(duì)話框，設(shè)置Step為Initial，Category為Other，Types for Selected Step為Temperature（溫度），如圖8-18所示，單擊Continue按鈕。選中整個(gè)鐵軌，在視圖區(qū)單擊鼠標(biāo)中鍵，彈出Edit Predefined Field對(duì)話框，不改變默認(rèn)參數(shù)Distribution:Direct specification，在Magnitude文本框中輸入初始溫度值15，如圖8-19所示，然后單擊OK按鈕。

提示：如果希望讀入傳熱分析結(jié)果文件中的溫度場(chǎng)，則應(yīng)在Edit Field對(duì)話框中將參數(shù)Distribution改為From results or output database file（來(lái)自結(jié)果或輸出數(shù)據(jù)庫(kù)文件），然后在File name（文件名稱）文本框中輸入傳熱分析結(jié)果文件名稱，在Step文本框中輸入分析步編號(hào)，在Increment文本框中輸入時(shí)間增量步編號(hào)。

（2）使用預(yù)定義場(chǎng)來(lái)使模型的溫度升高至45℃，在Predefined FieldManager對(duì)話框中單擊分析步Step-1下面的Propagated，然后單擊Edit按鈕，在彈出的Edit Predefined Field對(duì)話框中，Status默認(rèn)值為Propagated，設(shè)置Status為Modified（可更改），Magnitude為45，如圖8-20所示，再單擊OK按鈕。

8.2.9 劃分網(wǎng)格

在Module下拉列表框中選擇Mesh選項(xiàng)，進(jìn)入網(wǎng)格功能界面，在窗口頂部的環(huán)境欄中設(shè)置Object為Part:Part-tiegui。此時(shí)部件為黃色，可直接通過掃掠方式生成網(wǎng)格。

1．設(shè)置全局種子

單擊工具區(qū)中的Seed Part圖標(biāo)，彈出Global Seeds對(duì)話框，設(shè)置Approximate global size為8，如圖8-21所示，單擊OK按鈕。此時(shí)提示區(qū)出現(xiàn)“Seeding definition complete”，單擊后面的Done按鈕完成種子定義。

2．定義網(wǎng)格屬性

單擊工具區(qū)中的Assign Mesh Controls圖標(biāo)，彈出Mesh Controls對(duì)話框，設(shè)置Element Shape為Hex，Technique為Sweep，Algorithm為Advancing front，如圖8-22所示，單擊OK按鈕。

3．設(shè)定單元類型

單擊工具區(qū)中的Assign Element Type圖標(biāo)，選中整個(gè)鐵軌，在視圖區(qū)單擊鼠標(biāo)中鍵，彈出Element Type對(duì)話框，設(shè)置Geometric Order為Quadratic，其他選項(xiàng)保持默認(rèn)值，此時(shí)的單元類型為C3D20R，如圖8-23所示，單擊OK按鈕。

4．劃分網(wǎng)格

單擊工具區(qū)中的Mesh Part圖標(biāo)，此時(shí)提示區(qū)出現(xiàn)“OK to mesh thepart？”，單擊Yes按鈕對(duì)部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，如圖8-24所示。

8.2.10 提交分析作業(yè)

（1）在Module下拉列表框中選擇Job選項(xiàng)，單擊工具區(qū)中的JobManager圖標(biāo)，彈出Job Manager對(duì)話框，單擊Create按鈕，彈出CreateJob對(duì)話框，設(shè)置Name為Job-tiegui，如圖8-25所示，單擊Continue按鈕。彈出Edit Job對(duì)話框，保持各默認(rèn)值不變，單擊OK按鈕。

（2）此時(shí)新創(chuàng)建的作業(yè)顯示在Job Manager對(duì)話框中，如圖8-26所示。單擊工具欄中的按鈕來(lái)保存所建的模型，然后單擊Submit按鈕提交分析。

（3）單擊Monitor按鈕，彈出Job-tiegui Monitor窗口，可以通過該窗口查看分析過程中的警告信息，如圖8-27所示。分析完成后，單擊JobManager對(duì)話框中的Results按鈕，進(jìn)入Visualization模塊。

8.2.11 后處理

單擊工具區(qū)中的Plot Contours on Deformed Shape圖標(biāo)來(lái)顯示Mises應(yīng)力的云紋圖，如圖8-28所示。

由本節(jié)實(shí)例可以看出，在ABAQUS中進(jìn)行熱應(yīng)力分析的方法非常簡(jiǎn)單，定義膨脹系數(shù)、初始溫度場(chǎng)和分析步中的溫度場(chǎng)即可。

（內(nèi)容、圖片來(lái)源：《ABAQUS 2020有限元分析從入門到精通》，侵刪）

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