abaqus熱膨脹系數的案例
知識分享 | 用應變片測定材料的熱膨脹系數
熱膨脹系數的測定
今天我們將介紹如何使用”不匹配”
箔式應變片
來確定
鋁的熱膨脹系數
。
當溫度發生變化時，每個四分之一橋應變片記錄一個測量信號，即“表觀應變”。應變片測量點暴露在溫差Δ?下的表觀應變可描述為：
符號解釋：
εs
應變片的表觀應變
αr
電阻溫度系數
αb
被測物的熱膨脹系數
αm
測量柵絲材料的熱膨脹系數
k
應變片K系數
Δ?
觸發表觀應變的溫差
在HBM所有應變片包裝上，都有一個表觀應變與溫度之間的函數。當然，只有當被測材料的線性膨脹熱系數與應變片組上的數據相匹配時，這些數據才會給出有意義的結果。以下內容適用于：
公式 2
測定線膨脹熱系數 α
如果要測定熱膨脹系數αm，表觀應變可很好地用于此目的。
展開 產業研究 | PIF聚酰亞胺薄膜：在柔性電子器件中，為什么要求低熱膨脹系數和高透光性？
一、柔性器件中，為何要求PIF具有低熱膨脹系（CTE）？
低熱膨脹系數：在柔性器件中，聚酰亞胺要與銅、硅片等材料結合在一起，如果兩種材料的熱膨脹系數各不相同，在受到冷熱作用后，就會發生翹曲、開裂。銅的熱膨脹系數是18ppm/℃，硅片在10ppm/℃以下，而普通聚酰亞胺薄膜的熱膨脹系數為40～60ppm/℃，因此降低熱膨脹系數是聚酰亞胺薄膜需要解決的問題之一。
當前降低PIF熱膨脹系數的方法有哪些呢？
方法一：PIF制備過程采用牽伸工藝，使分子鏈沿牽伸方向取向，從而降低薄膜的熱膨脹系數。
方法二：分子結構設計，在聚酰亞胺分子結構中引入剛性棒狀結構、氫鍵結構、交聯結構等，可以減少分子空間阻礙，使分子鏈堆積更加緊密，自由體積更小。
方法三：填料改性，在聚酰亞胺薄膜中添加CTE值低的填料可以降低體系的熱膨脹系數，填料種類包括SiO2、蒙脫土、石墨烯、陶瓷材料等。
二、柔性顯示中，為何要求PIF具有高透光性？
高透光性：隨著OLED顯示技術的快速發展，聚合物膜已取代硬質玻璃逐漸成為OLED器件中的基板。目前，OLED的出光方式主要有三種，包括頂發射、底發射和雙面發射，其中對于底發射型(bottom?emitting)的OLED器件，其基板必須為無色透明聚合物膜保證光線從陽極的TFT陣列基板側出射，因此，確保基板的良好光學透明性至關重要。
提高PIF光學透明性常用的方法有哪些？
方法一：引入脂環結構；
方法二：引入大位阻效應側基；
方法三：引入柔性連接基團。
展開 對某除塵設備進行有限元熱力分析，使用ABAQUS對整體結構強度及熱膨脹變形值進行分析，指導結構加固及膨脹節選型 ￥15
圖1 袋除塵煙道結構及其支座、除塵器支座設置示意圖
建立模型
由于進氣煙道與殼體之間沒有膨脹節，因此需要考慮殼體的熱膨脹對煙道的影響，殼體已經過計算滿足要求，本模型無需建立加強筋等部件，如圖2所示。出氣煙道與除塵器之間設置有膨脹節，故單獨建立出氣煙道模型，如圖3所示。
圖2 建立進氣煙道及除塵器殼體幾何模型
圖3 建立出氣煙道幾何模型
約束條件
進氣煙道支座及除塵器支座約束如圖4所示，其中標記的為固定約束，未標記的除塵器支座及煙道支座均為滑動約束。出氣煙道支座約束如圖5所示。
圖4 進氣煙道及除塵器支座約束
圖5 進出氣煙道支座約束
載荷：
（1）自重；
（2）經過多次計算后得出的進氣煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標系）：載荷如下：FX=-15000N，FY=8000N，FZ=-15000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖6所示。
圖6 進氣煙道口載荷添加（集中力及彎矩）
（3）經過多次計算后得出的煙道口載荷限值（方向按照幾何模型坐標系）：載荷如下：FX=-33000N，FY=18000N，FZ=-33000N，MX=136125N.m，MY=117975N.m，MZ=90750N.m。載荷添加如圖7所示。
圖7 煙道口載荷添加（集中力及彎矩）
(4) 袋除塵本體進出口經過多次計算后得出的出氣煙道口載荷限值（方向按照總圖坐標系）：載荷如下：FX=-12210N，FY=9160N，FZ=-12210N，MX=50365N.m，MY=43650N.m，MZ=33575N.m。載荷添加如圖下圖所示。
本體進出口載荷添加
計算結果
展開 Abaqus-UEXPAN 熱膨脹子程序（Fortran代碼） ￥300
關于Abaqus uexpan 熱膨脹子程序，供學習者學習。文件中有四個子程序可供學習，源代碼。
包含.for文件和INP文件
如需下載，可點如下鏈接。
Abaqus熱應力分析和膨脹節應用
因此進行應力分析，其中來自于先前的熱傳導過程的溫度將被映射到網格上，以便用于估算由于熱負荷所引起的應力和位移。這種分析可以為膨脹節的設計提供參考。
流體管道的幾何模型如圖1所示。
圖1 流體管道幾何模型
熱傳導分析
對于穩態傳導熱分析，兩個溫度邊界條件適用于適當自由度下的所有節點。如圖2所示。
圖2 熱傳導邊界條件
圖3顯示了在熱傳導步結束時所達到的管道溫度（10攝氏度）。
圖3 傳熱結束階段溫度狀況
靜力通用分析
對于靜力通用分析，將從熱傳導分析中提取的節點溫度場作為預定義場的輸入給出。為了做到這一點，用戶必須給予熱傳導分析odb文件的路徑，如圖4所示。
圖4 溫度預定義字場
本例同時顯示膨脹節的優勢，在靜態分析中將包含一個簡化的膨脹節模型。連接處的細節和一些術語將在圖5中給出。
正如在建模假定條件中提到的那樣，管道將只允許沿軸向延伸。流體管道的這種軸向延伸將由膨脹節完成。該膨脹節將在其自由側（Z-位移= 0）與剛性連接體相連（例如混凝土墻）。
圖5 膨脹節及組件細節
靜力通用分析的應力結果和組件的軸向位移分別在圖6和圖7、8中給出。
圖6 組件上的應力
圖7 組件的軸向位移
圖8 組件的軸對稱視圖切割
結論
本文展示了Abaqus的耦合熱應力分析功能。重點是演示Abaqus包含的預定義場選項。當熱傳導分析和靜力通用分析按順序運行時，預定義場可用于將相關結果映射為第二個分析的輸入。
這種技術可以擴展到其他領域（例如結合某些元素的質量擴散來冷卻金屬部件）。在不同類型的負荷與熱負荷一起作用的情況下，使用方法1進行分析可能更實際。
另外，通過改變相關的求解器設置，用戶可以進一步指定耦合規則（松散，精密等）。
展開 針對某袋除塵器整體進行ABAQUS有限元分析，考慮九項載荷工況，分析設備靜應力、熱應力、變形及熱膨脹數值 ￥15
某袋除塵殼體結構選型如下：
箱體板厚5mm
箱體角柱：角鋼L90*56*8
箱體加強筋：角鋼L90*56*6
花板厚6mm
花板下加強筋：橫向為扁鋼80*6，縱向為扁鋼100*6
箱體中間支撐管：鋼管Φ60*5
圖1 袋除塵殼體結構示意圖
2、 建立模型
按照殼體結構示意圖建立幾何模型如圖2所示。
圖2 建立幾何模型
三、約束條件及載荷
立柱底部約束如圖3所示。
圖3 立柱底部邊界約束
載荷：
（1）自重（軟件考慮）；
（2） 頂部載荷：檢修載（按400kg/m2）；
（3） 花板處載荷：濾袋、濾籠、濾袋積灰（積灰厚度按5mm）共3.06t；
（4） 灰斗積灰重：滿灰9.6t；
（5） 保溫載荷：按25kg/m2；
（6） 負壓11000Pa或正壓8000Pa兩種工況分別施加；
（7） 煙道及檢修平臺載荷：上煙道（出氣端）900kg，下煙道（進氣端）
400kg，上中下三層檢修平臺檢修載荷均為400×2.85×3.25=3705kg。
注：此項載荷殼體和鋼支架各占一半。
（8） 灰斗卸灰口載荷（方向按照幾何模型坐標系）：FX=4700N，FY=3500N，FZ=-4700N，MX=3690N.m，MY=4800N.m，MZ=5540N.m。
（9） 頂部牛腿處檢修荷載：單個牛腿處載荷為1t，頂板為260×260，轉化為面壓添加，面壓為1×10×1000/260/260=0.148N/mm2。
下圖4所示為載荷添加圖示：
（a）負壓11000Pa （b）正壓8000Pa （c）花板處載荷
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