Abaqus非傅里葉熱傳導(dǎo)分析
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傳統(tǒng)的熱傳導(dǎo)分析建立在傅立葉定律基礎(chǔ)上,認(rèn)為熱流溫度梯度為線性分布,而且熱流傳播速度是無限大的。隨著瞬態(tài)加熱技術(shù)的應(yīng)用,發(fā)現(xiàn)即使在常溫或者高溫下,導(dǎo)熱規(guī)律也可能偏離傅里葉定律。非傅里葉導(dǎo)熱模型較傳統(tǒng)的拋物型方程(傅里葉模型)更復(fù)雜,其熱傳導(dǎo)特性受到松弛時間的影響。非傅里葉模型具有多種不同形式,目前最常見、最普遍的模型是雙曲型熱傳導(dǎo)模型。
Maxwell首先提出了雙曲型熱傳導(dǎo)模型
能量守恒方程為
聯(lián)立式1.1和1.2可得非傅里葉傳熱方程為
式中,T為溫度,t為時間,α為介質(zhì)的熱擴(kuò)散率,τ為熱松弛時間。
Abaqus中可以通過UMATHT子程序?qū)崿F(xiàn)式1.3的熱傳導(dǎo)模型。
建立如下圖所示的有限元模型,模型上下側(cè)為溫度邊界。
取τ=0,0.1,0.5,1.5進(jìn)行計(jì)算,平板中心點(diǎn)溫度變化曲線如下圖所示。可以發(fā)現(xiàn),隨著熱松弛時間變大,溫度波動越明顯,達(dá)到平衡所需的時間越長。
熱松弛時間τ=0時,式1.1退化為傅里葉傳熱。
可以發(fā)現(xiàn),τ=0時子程序和Abaqus自帶材料屬性計(jì)算得到的溫度變化規(guī)律一致。
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