從下面的實例中，讀者可以進一步練習熱應力分析的方法，掌握ABAQUS的以下功能。

（1）使用熱應力來模擬殘余應力。

（2）在Load模塊中，為模型的各個區(qū)域定義不同的溫度場。

8.3.1 實例描述

使用ABAQUS可以模擬感應淬火的完整過程，即通過分析工件和感應器之間以及工件和冷卻液之間的傳熱過程來確定工件的溫度場，從而得到相應的塑性應變場和冷卻后的殘余應力場。這一模擬過程比較復雜，下面介紹一種模擬殘余應力場的簡化方法。

本節(jié)以Y型支架為例，模擬其表面感應淬火所產生的殘余應力場，并分析此殘余應力在緩和應力集中方面所起的作用。設置整個模型的初始溫度為15℃，在分析步中令淬硬層區(qū)域的溫度升高至90℃，其余區(qū)域的溫度仍保持15℃。這種溫度差異會使高溫區(qū)域產生壓應力，相當于所要模擬的殘余壓應力。

8.3.2 創(chuàng)建部件

（1）啟動ABAQUS/CAE，進入Part模塊，單擊工具區(qū)中的Create Part圖標，彈出Create Part對話框，在Name文本框中輸入“Part-zhijia”，設置Modeling Space為3D，再依次選擇Deformable、Solid和Extrusion，如圖8-29所示，然后單擊Continue按鈕。

（2）單擊工具區(qū)中的圖標，繪制頂點坐標分別為（0,10）、（10,10）、（10,20）、（15,20）、（15,0）、（7.5,0）、（7.5,-25）及（0,-25）的封閉多邊形。下面對部件進行倒角，單擊工具區(qū)中的Create Fillet（創(chuàng)建倒角）圖標，在提示區(qū)的Fillet radius（倒角弧度）中輸入“3.75”，在視圖區(qū)單擊鼠標中鍵，此時只要單擊任意直角的兩條邊，該直角就會自動生成半徑為3.75的圓角，對照圖8-30所示的部件尺寸圖，對部件進行倒角。在視圖區(qū)雙擊鼠標中鍵，彈出Edit BaseExtrusion對話框，設置Depth為10，如圖8-31所示，單擊OK按鈕，完成部件的創(chuàng)建。

8.3.3 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，進入材料屬性編輯界面。單擊工具區(qū)中的Create Material圖標，彈出EditMaterial對話框，默認名稱為Material-1，在Material Behaviors選項組中依次選擇Mechanical→Elasticity→Elastic選項。此時，在下方出現(xiàn)的數(shù)據(jù)表中依次設置Young’s Modulus為210000，Poisson’s Ratio為0.3，保持其余參數(shù)不變，如圖8-32（a）所示。

（2）再為材料定義膨脹系數(shù)，在Material Behaviors選項組中依次選擇Mechanical→Expansion選項。在數(shù)據(jù)表的Expansion Coeff下輸入“1.18e-5”，如圖8-32（b）所示，最后單擊OK按鈕。

8.3.4 定義和指派截面屬性

（1）單擊工具區(qū)中的Create Section圖標，彈出Create Section對話框，默認名稱為Section-1，其他選項保持不變，如圖8-33所示。單擊Continue按鈕，彈出Edit Section對話框，保持各項不變，如圖8-34所示，單擊OK按鈕。

（2）單擊工具區(qū)中的Assign Section圖標，在視圖區(qū)選擇整個模型，單擊提示區(qū)的Done按鈕（或在視圖區(qū)單擊鼠標中鍵），彈出EditSection Assignment對話框，在Section下拉列表框中選擇Section-1選項，如圖8-35所示，單擊OK按鈕。

8.3.5 定義裝配

在Module下拉列表框中選擇Assembly選項，單擊工具區(qū)中的CreateInstance圖標，彈出Create Instance對話框，保持各項默認值，如圖8-36所示，單擊OK按鈕。

8.3.6 設置分析步

在Module下拉列表框中選擇Step選項，進入分析步編輯界面。單擊工具區(qū)中的Create Step圖標，彈出Create Step對話框，分別創(chuàng)建以下分析步。

（1）分析步1（Step-15-30）：整個部件保持常溫15℃，對部件施加30mp外載荷，此時不存在殘余應力，模擬部件常溫下只受外載作用時的狀態(tài)。

（2）分析步2（Step-90-30）：使部件淬硬層區(qū)域的溫度升至90℃，而其余部位保持常溫15℃，同時對部件施加30mp外載荷，模擬部件在殘余應力與外載同時作用下的狀態(tài)。

（3）分析步3（Step-90）：保持部件淬硬層區(qū)域的溫度為90℃，其余部位溫度為15℃，去掉外載荷，模擬部件存在殘余應力時的狀態(tài)。在創(chuàng)建上述分析步過程中，保持各項參數(shù)默認值不變，創(chuàng)建完畢后，單擊工具區(qū)中的Step Manager圖標，打開Step Manager對話框，可以查看所創(chuàng)建的分析步，如圖8-37所示。

8.3.7 劃分網(wǎng)格

在Module下拉列表框中選擇Mesh選項，進入網(wǎng)格功能界面，在窗口頂部的環(huán)境欄中設置Object為Part: Part-zhijia。

1．劃分淬硬層

在對部件進行網(wǎng)格劃分前，首先要將淬硬層從部件中分割出來，具體方法如下。單擊工具區(qū)中的Partition Cell: Define Cutting Plane（拆分幾何元素：定義切割平面）圖標，在提示區(qū)單擊Point&Normal按鈕，然后單擊如圖8-38（a）所示的A點，再單擊圖8-38（b）中的AB邊，最后單擊提示區(qū)的Create Partition按鈕（或在視圖區(qū)單擊鼠標中鍵），完成淬硬層的劃分，劃分后的部件如圖8-38（c）所示。

2．設置全局種子

單擊工具區(qū)中的Seed Part圖標，彈出Global Seeds對話框，設置Approximate global size為1，如圖8-39所示，單擊OK按鈕，此時提示區(qū)出現(xiàn)Seeding definition complete，單擊后面的Done按鈕完成種子定義。

3．定義網(wǎng)格屬性

單擊工具區(qū)中的Assign Mesh Controls圖標，在視圖區(qū)將部件全選，并單擊鼠標中鍵，彈出Mesh Controls對話框，設置Element Shape為Hex，Technique為Sweep，如圖8-40所示，單擊OK按鈕。

4．設定單元類型

單擊工具區(qū)中的Assign Element Type圖標，在視圖區(qū)將部件全選，并單擊鼠標中鍵，彈出Element Type對話框，設置Geometric Order為Quadratic，其他選項保持默認值，此時的單元類型為C3D20R，如圖8-41所示，單擊OK按鈕。

5．劃分網(wǎng)格

單擊工具區(qū)中的Mesh Part圖標，在視圖區(qū)單擊鼠標中鍵，完成網(wǎng)格的劃分，如圖8-42所示。

8.3.8 定義集合和載荷施加面

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

Set-Fix集合：支架上施加固支邊界條件的端面，如圖8-43（a）所示。

單擊Create按鈕，彈出Create Set對話框，在Name文本框中輸入“SetFix”，單擊Continue按鈕，選中圖8-43（a）所示的端面，在視圖區(qū)單擊鼠標中鍵確認，Set-Fix集合建立完畢。

Set-Symm集合：支架上施加對稱約束的各端面，如圖8-43（b）所示。

單擊Create按鈕，在彈出對話框的Name文本框中輸入“Set-Symm”，單擊Continue按鈕，按住Shift鍵分別選中圖8-43（b）所示的各端面，在視圖區(qū)單擊鼠標中鍵確認，Set-Symm集合建立完畢。

Set-HT集合：支架上的淬硬層對應的三維區(qū)域，如圖8-43（c）所示。

單擊Create按鈕，在彈出對話框的Name文本框中輸入“Set-HT”，此時應選擇淬硬層所在的三維區(qū)域，但實際操作時無法選中三維單元。為解決這一問題，首先找到Selection工具條，在All下拉列表框中選擇Cells選項，接下來就可以選擇三維單元了。選中圖8-43（c）所示的三維單元，在視圖區(qū)單擊鼠標中鍵確認，Set-HT集合建立完畢。

Set-LT集合：支架上淬硬層以外的三維區(qū)域，如圖8-43（d）所示。參照圖8-43（c），以與創(chuàng)建Set-HT集合相同的方法創(chuàng)建Set-LT集合。定義完畢后，創(chuàng)建的集合出現(xiàn)在Set Manager對話框中，如圖8-44所示。

定義載荷面。選擇菜單欄中的Tools→Surface→Create命令，彈出Create Surface對話框，在Name文本框中輸入“Surf-Load”，單擊Continue按鈕。選中圖8-45所示的端面，在視圖區(qū)單擊鼠標中鍵確認，Surf-Load集合建立完畢。

（內容、圖片來源：《ABAQUS 2020有限元分析從入門到精通》，侵刪）

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