水化熱
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水化熱的視頻教程
ABAQUS模擬混凝土水化熱溫度場、熱應力裂縫擴展（XFEM）
緊跟ABAQUS模擬混凝土水化熱溫度場、熱應力裂縫擴展（XFEM）課程，第二季ABAQUS子程序模擬早齡期混凝土溫度應力課程，點擊下面超鏈接（藍色文字）可看到該課程： ABAQUS子程序綜合模擬早齡期混凝土溫度應力教程 本課程涉及的ABAQUS子程序的內容屬于一般難度，而關于ABAQUS子程序的中上難度及其他課程可參考本人其他課程，點擊下面超鏈接（藍色文字）可看到該課程： ABAQUS UEL
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ABAQUS子程序綜合模擬早齡期混凝土溫度應力教程
Abaqus HETVAL子程序基于等效齡期考慮溫度對水化放熱的影響； 7. Abaqus HETVAL子程序讀入混凝土水化放熱、等溫量熱曲線txt數據，并插值得到當前增量步時刻對應的水化放熱量； 8. Abaqus UMAT子程序基于等效齡期考慮溫度對彈性模量增長影響。 9.
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ABAQUS UEL自定義單元子程序手把手實例研究（Fortran語言）
本課程涉及的ABAQUS UEL/UMAT子程序的內容屬于一般難度，而關于ABAQUS UEL/UMAT子程序的中上難度及其他課程可參考本人其他課程，點擊下面超鏈接（藍色文字）可看到該課程： ABAQUS UEL/UMAT子程序綜合實例訓練營 ABAQUS模擬混凝土水化熱溫度場、熱應力裂縫擴展（XFEM） 課程章節會持續更新到40章，to be continued
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水化熱的實例教程
下面以如下圖所示的幾何尺寸為例，進行大體積混凝土的水化熱分析。
混凝土與地基的熱力學參數取值范圍：
混凝土：熱傳導率k=2.6~2.8w/m·℃，比熱c=1.05~1.26kJ/kg·℃，密度rou=2300~2500kg/m3
基礎（巖體或土質地基）：熱傳導率k=1.7~5.2w/m·℃，比熱c=0.71~0.88kJ/kg·℃，密度rou=1800~2700kg/m3
不同表面對流換熱系數β(w/m2·℃)
鋼模板=14~15
木模板=6~8
空氣=13
上述參數，具體可結合工程實際或者參考規范進行計算，也可以通過查閱相近文獻總結選取。
幾何模型尺寸
有限元網格劃分
不同時刻外部環境溫度
不同時刻水泥水化熱生成率
對于水泥水化熱放熱率，在ANSYS中通過HGEN的形式實現。
初始狀態溫度云圖
基礎為14℃，上部澆筑混凝土為16.5℃。
t=12h水化熱引起溫度分布
t=30h水化熱引起溫度分布
t=60h水化熱引起溫度分布
t=120h水化熱引起溫度分布
選取不同位置節點，提取該位置處的溫度時程分布
不同節點處的溫度分布曲線
可以看到，水化初期溫度急劇上升，隨著水化反應的持續進行，水泥水化放熱量也在不斷降低，最終使得混凝土的溫度呈逐漸降低的趨勢；同時越靠近澆筑位置處的表層，由于與外界環境熱交換速度相對較快，使得溫度的變化幅度也相對較大。
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Ps:上述案例應用ANSYS做了大體積混凝土的水化熱反應分析算例，感興趣的朋友可以通過查閱文獻進一步了解。
展開 圖6 Heat Generation設置
06
水化熱溫度場計算結果
圖7為混凝土水化熱溫度場在11.6小時的溫度等值線圖，這里的NT11表示節點溫度（節點溫度也就一個自由度）。可以看出，等值線圖幾乎一樣均勻，這是由于整個混凝土塊與外界保持絕熱狀態，每個混凝土單元都在放熱，也就是每個混凝土單元之間不存在溫度梯度（圖8熱流量密度HFL等值線圖也可證明，可看出熱流量密度HFL很小）。而圖9表示了混凝土水化熱溫度場計算結果隨時間的變化曲線，可以看出來混凝土一直在升溫，也就沒有熱傳導，相當于均勻升溫。圖10的動畫用等值線圖的方式表示了混凝土水化熱溫度場隨著時間的變化，但實際上在每個時刻的溫度場等值線圖是一致的。
圖7 NT11溫度等值線圖
圖8 HFL熱流量密度等值線圖
圖9 模型任一單元的溫升時程圖
圖10 模型溫度場的時變動畫
07
水化放熱速率及累計放熱量計算結果
圖11可發現SDV1（混凝土水化放熱速率，FLUX(1)）的等值線圖，發現等值線都是一致均勻的，這是因為每個混凝土單元都在采用同樣的水化放熱速率曲線，水化放熱速率都是一致的。另外，利用XYData和XYPlots，選擇圖12所示的某一混凝土單元，觀察SDV1隨時間的變化規律。圖13中也繪制了混凝土水化放速率隨著時間的變化曲線。同時圖14也繪制了混凝土累計水化放熱量隨著時間的變化曲線。因此，子程序在計算過程中的正確性得以保證。可以看出，水化放熱速率由0突然增大到最大值，然后逐漸減少，在24小時后放熱速率變得較小且趨于恒定，但仍舊在放熱（之前已經釋放掉大部分的熱量）。
展開 ①澆筑混凝土時，水泥在水化過程中產生大量熱量會使混凝土的溫度升高。雖然隨時間的推移混凝土的溫度會慢慢冷卻，但結構各個位置的溫度下降速度不均勻，結構不同位置將發生相對溫差，此溫差會使混凝土發生溫度應力，產生裂縫。
②混凝土水化熱引起的應力可以分為內部約束應力和外部約束應力兩大類。
混凝土內部不同溫度分布引起的不同體積變化而導致的應力稱為內部約束應力，如混凝土澆筑初期因內部溫度升高將發生膨脹，但混凝土表面的溫度下降較快，相對應變較小，從而使混凝土產生拉應力 ，此類拉應力裂縫主要發生在尺寸較大的結構。
混凝土在冷卻時會發生收縮，但會受到與其接觸的原有的混凝土或地基的約束而產生拉力，這種受外部邊界約束而產生的應力為外部約束應力。
③水化熱分析主要分為熱傳導分析和熱應力分析。.
熱傳導分析主要計算水泥的水化過程中發熱、傳導、對流等引起的隨時間變化的節點溫度。
將得到的節點溫度作為荷載加載后，計算隨時間變化的應力稱為熱應力分析。
④大體積混凝土的溫度裂縫可以利用溫度裂縫指數(Crack Ratio, Icr) 來驗算。溫度裂縫指數要滿足結構的重要性、功能、環境條件等因素的要求。溫度裂縫指數受水泥的類型、澆筑溫度、養生方法等多因素的影響，所以需要對多種條件進行反復分析以找出最佳的澆筑方法。
展開 ①澆筑混凝土時，水泥在水化過程中產生大量熱量會使混凝土的溫度升高。雖然隨時間的推移混凝土的溫度會慢慢冷卻，但結構各個位置的溫度下降速度不均勻，結構不同位置將發生相對溫差，此溫差會使混凝土發生溫度應力，產生裂縫。
②混凝土水化熱引起的應力可以分為內部約束應力和外部約束應力兩大類。
混凝土內部不同溫度分布引起的不同體積變化而導致的應力稱為內部約束應力，如混凝土澆筑初期因內部溫度升高將發生膨脹，但混凝土表面的溫度下降較快，相對應變較小，從而使混凝土產生拉應力 ，此類拉應力裂縫主要發生在尺寸較大的結構。
混凝土在冷卻時會發生收縮，但會受到與其接觸的原有的混凝土或地基的約束而產生拉力，這種受外部邊界約束而產生的應力為外部約束應力。
③水化熱分析主要分為熱傳導分析和熱應力分析。.
熱傳導分析主要計算水泥的水化過程中發熱、傳導、對流等引起的隨時間變化的節點溫度。
將得到的節點溫度作為荷載加載后，計算隨時間變化的應力稱為熱應力分析。
④大體積混凝土的溫度裂縫可以利用溫度裂縫指數(Crack Ratio, Icr) 來驗算。溫度裂縫指數要滿足結構的重要性、功能、環境條件等因素的要求。溫度裂縫指數受水泥的類型、澆筑溫度、養生方法等多因素的影響，所以需要對多種條件進行反復分析以找出最佳的澆筑方法。
展開 建立砂漿、骨料、界面過渡區（ITZ, Interface Transition Zone）的混凝土細觀模型對于深入理解水化熱溫度變化對混凝土材料的影響及其溫度應力導致的內應力損傷至關重要。
本案例介紹在COMSOL內通過球體粗骨料顆粒的堆積算法，建立包含骨料、ITZ、水泥砂漿在內的三相材料混凝土細觀三維模型，并進行混凝土內水化熱溫度變化的分析。
圓柱容器內的球體骨料堆積模型采用CAD球體密堆積_圓柱體試件3D V1.1版本插件建模生成，模型中的骨料通過球體重力堆積及二次振搗密實模擬，建立更加符合實際骨料分布狀態的混凝土細觀模型。
在AutoCAD內將骨料、ITZ、砂漿三部分分別導出為iges格式文件后導入到COMSOL內形成裝配建立混凝土細觀模型。
添加固體傳熱物理場并對混凝土細觀中的三組分分別設置材料屬性，完成網格劃分。
根據實際工況設置合理的初始條件及邊界后，添加瞬態研究并完成混凝土細觀模型的水化熱溫度變化仿真分析。
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ABAQUS Python二次開發工程實例教程
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六折
ABAQUS模擬混凝土水化熱溫度場
形成原因：防水混凝土未使用低水化熱水泥或未摻抗裂纖維和膨脹劑，拆模過早和養護不良。
在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發，表面引起相當大的拉應力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應力，與水化熱應力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應力達到很大的數值，就有導致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產生過大的拉應力，具有顯著的效果。
在混凝土澆筑初期，由于水化熱的散發，表面引起相當大的拉應力，此時表面溫度亦較氣溫為高，此時拆除模板，表面溫度驟降，必然引起溫度梯度，從而在表面附加一拉應力，與水化熱應力迭加，再加上混凝土干縮，表面的拉應力達到很大的數值，就有導致裂縫的危險，但如果在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如泡沫海棉等，對于防止混凝土表面產生過大的拉應力，具有顯著的效果。
ABAQUS軟件仿真模擬，擅長平板焊接（高斯面熱源、高斯體熱源、雙橢球熱源、圓臺柱熱源等），基于子程序的摩擦攪拌焊接，壓力電阻焊接，子程序二次開發（UEXPAN、USDFLD、UHARD、FILM、DISP、DFLUX、CREEP等），基于子程序的相變模擬，裂縫模擬（應力強度因子、J積分等），裂紋擴展（XFEM擴展有限元、cohesive element、cohesive surface、debond），水化熱
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