abaqus从入门到精通（46）实例——铁轨的热应力分析-和记娱乐怡情博娱188

从下面的一个简单实例中，读者可以学习如何在abaqus中进行热应力分析，掌握abaqus/cae的以下功能。

l在material模块中，定义膨胀系数。

l在load模块中，使用预定义场（predefined field）来定义温度场。

8.2.1 实例描述

铁轨模型如图8-1所示，在夏天，铁轨很容易受环境温度的影响而发生变形。一般当铁轨温度超过45℃时，铁轨就可能发生形变，下面将对

这一实例进行分析。假设铁轨的初始温度为15℃，分析当温度升至45℃时铁轨的受力状态，铁轨的膨胀系数为1.18×10-5。

8.2.2 创建部件

（1）启动abaqus/cae，进入part模块，单击工具区中的create part图标，弹出create part对话框，在name文本框中输入“part-tiegui”，设置modeling space为3d，再依次选择deformable、solid和extrusion，如图8-2所示，然后单击continue按钮。

（2）单击工具区中的图标，根据图8-3所示，绘制顶点坐标分别为（0,120）、（35,120）、（38,88）、（12,88）、（12,28）、（60,24）、（60,0）及（0,0）的封闭多边形。

（3）在视图区单击鼠标中键，弹出edit base extrusion（编辑拉伸属性）对话框，设置depth（拉伸长度）为130，如图8-4所示，单击ok按钮，完成部件的创建。

8.2.3 定义材料属性

（1）在工作区上方的module下拉列表框中选择property选项，进入材料属性编辑界面。单击工具区中的create material图标，弹出editmaterial对话框，默认名称为material-1，在material behaviors（材料行为）选项组中依次选择mechanical→elasticity→elastic选项。此时，在下方出现的数据表中依次设置young’s modulus为210000，poisson’sratio为0.3，保持其余参数不变，如图8-5（a）所示。

（2）再为材料定义膨胀系数，在material behaviors选项组中依次选择mechanical→expansion（膨胀）选项。在数据表的expansion coeff下输入“1.18e-5”，如图8-5（b）所示，最后单击ok按钮。

8.2.4 定义和指派截面属性

（1）单击工具区中的create section图标，弹出create section对话框，默认名称为section-1，其他选项保持不变，如图8-6所示，单击continue按钮。弹出edit section对话框，在material下拉列表框中选择material-1选项，如图8-7所示，单击ok按钮。

（2）单击工具区中的assign section图标，在视图区选择整个模型，单击提示区的done按钮（或在视图区单击鼠标中键），弹出editsection assignment对话框，在section下拉列表框中选择section-1选项，如图8-8所示，单击ok按钮。

8.2.5 定义装配

在module下拉列表框中选择assembly选项，单击工具区中的createinstance图标，弹出create instance对话框，保持各项默认值，如图8-9所示，单击ok按钮。

8.2.6 设置分析步

（1）在module下拉列表框中选择step选项，进入分析步编辑界面。单击工具区中的create step图标，弹出create step对话框，分析步名称默认为step-1，保持各项默认值，如图8-10所示。

（2）单击continue按钮，进入edit step对话框，保持各项默认值，如图8-11所示，单击ok按钮。

8.2.7 定义集合、边界条件

（1）在module下拉列表框中选择load选项，进入载荷编辑界面。选择菜单栏中的tools→set→manager命令，弹出set manager对话框，单击create按钮，依次创建下列集合。

lset-fix集合：铁轨上施加固支边界条件的端面，如图8-12（a）所示。

lset-symm集合：铁轨上施加对称约束的端面，如图8-12（b）所示。

定义完毕后，创建的集合出现在set manager对话框中，如图8-13所示。

（2）单击工具区中的create boundary condition图标，弹出createboundary condition对话框，在name文本框中输入“bc-fix”，设置step为initial，如图8-14所示，单击continue按钮。在提示区单击sets按钮，弹出region selection对话框，选择set-fix，如图8-15所示，单击continue按钮。在弹出的edit boundary condition对话框中选中encastre(u1=u2=u3=ur1=ur2=ur3=0)单选按钮，如图8-16所示。

（3）用同样的方法创建边界条件bc-symm，设置step为initial，在region selection对话框中选择set-symm，在edit boundary condition对话框中选中zsymm(u3=ur1=ur2=0)单选按钮。单击工具栏中的boundary condition manager图标，可以看到，刚才创建的边界条件已列于表中，如图8-17所示。

8.2.8 定义温度场

（1）在load模块下，使用预定义场来定义初始温度场（15℃）。进入load模块，在菜单栏中选择predefined field→manager命令，单击create按钮，弹出create predefined field对话框，设置step为initial，category为other，types for selected step为temperature（温度），如图8-18所示，单击continue按钮。选中整个铁轨，在视图区单击鼠标中键，弹出edit predefined field对话框，不改变默认参数distribution:direct specification，在magnitude文本框中输入初始温度值15，如图8-19所示，然后单击ok按钮。

提示：如果希望读入传热分析结果文件中的温度场，则应在edit field对话框中将参数distribution改为from results or output database file（来自结果或输出数据库文件），然后在file name（文件名称）文本框中输入传热分析结果文件名称，在step文本框中输入分析步编号，在increment文本框中输入时间增量步编号。

（2）使用预定义场来使模型的温度升高至45℃，在predefined fieldmanager对话框中单击分析步step-1下面的propagated，然后单击edit按钮，在弹出的edit predefined field对话框中，status默认值为propagated，设置status为modified（可更改），magnitude为45，如图8-20所示，再单击ok按钮。

8.2.9 划分网格

在module下拉列表框中选择mesh选项，进入网格功能界面，在窗口顶部的环境栏中设置object为part:part-tiegui。此时部件为黄色，可直接通过扫掠方式生成网格。

1．设置全局种子

单击工具区中的seed part图标，弹出global seeds对话框，设置approximate global size为8，如图8-21所示，单击ok按钮。此时提示区出现“seeding definition complete”，单击后面的done按钮完成种子定义。

2．定义网格属性

单击工具区中的assign mesh controls图标，弹出mesh controls对话框，设置element shape为hex，technique为sweep，algorithm为advancing front，如图8-22所示，单击ok按钮。

3．设定单元类型

单击工具区中的assign element type图标，选中整个铁轨，在视图区单击鼠标中键，弹出element type对话框，设置geometric order为quadratic，其他选项保持默认值，此时的单元类型为c3d20r，如图8-23所示，单击ok按钮。

4．划分网格

单击工具区中的mesh part图标，此时提示区出现“ok to mesh thepart？”，单击yes按钮对部件进行网格划分，如图8-24所示。

8.2.10 提交分析作业

（1）在module下拉列表框中选择job选项，单击工具区中的jobmanager图标，弹出job manager对话框，单击create按钮，弹出createjob对话框，设置name为job-tiegui，如图8-25所示，单击continue按钮。弹出edit job对话框，保持各默认值不变，单击ok按钮。

（2）此时新创建的作业显示在job manager对话框中，如图8-26所示。单击工具栏中的按钮来保存所建的模型，然后单击submit按钮提交分析。

（3）单击monitor按钮，弹出job-tiegui monitor窗口，可以通过该窗口查看分析过程中的警告信息，如图8-27所示。分析完成后，单击jobmanager对话框中的results按钮，进入visualization模块。

8.2.11 后处理

单击工具区中的plot contours on deformed shape图标来显示mises应力的云纹图，如图8-28所示。

由本节实例可以看出，在abaqus中进行热应力分析的方法非常简单，定义膨胀系数、初始温度场和分析步中的温度场即可。

（内容、图片来源：《abaqus 2020有限元分析从入门到精通》，侵删）

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