ansys水化熱模擬代碼
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys水化熱模擬代碼的視頻教程
ABAQUS模擬混凝土水化熱溫度場、熱應力裂縫擴展（XFEM）
ABAQUS模擬混凝土溫度場（含HETVAL子程序模擬水化熱溫度場）、溫度應力、溫度損傷演化和溫度裂縫擴展（XFEM）；相應模型和代碼源文件可在附件下載，其中cae版本為Abaqus 2020，較低的版本可運行該cae模型的jnl和inp文件，怎么運行后面視頻中也會講解。 課程每周都會持續更新，to be continued！
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ansys水化熱模擬代碼的實例教程
混凝土水化熱溫降研究對保障結構安全與耐久性至關重要，溫升后溫差易引發溫度應力，導致裂縫。本案例介紹在COMSOL內建立多邊形骨料堆積混凝土細觀模型，并對水化熱產生后的傳熱及溫度變化進行仿真模擬。
骨料堆積混凝土細觀模型采用CAD多邊形密堆積2D插件建立，插件內置動力學算法，可模擬多邊形骨料顆粒在重力作用下的堆積模型。
混凝土骨料密堆積模型在AutoCAD內建模完成后，將模型另存為dxf格式文件。
在COMSOL內選擇固體傳熱模塊，添加瞬態研究，并導入骨料密堆積模型。
對混凝土細觀模型的水泥砂漿及骨料部分分別指定材料，并設置密度、導熱系數、恒壓熱容等與傳熱相關的材料參數。
在固體傳熱中設置初始值，由于水化熱由水泥漿體產生，因此初始溫度設置中水泥砂漿基體溫度高于骨料溫度。將試件的左右及下邊界設置為熱絕緣，上部邊界設置環境溫度并設置熱通量，用于模擬大體積混凝土工況。對模型劃分物理場控制的網格，單元大小極細化。
計算查看傳熱仿真結果。2min內溫度變化情況。
20min內溫度變化情況。
展開 FLUX(1)表示產生的熱流量，r，也就是單位時間單位體積的產熱量，單位為J/T/L^3，即為焦耳/(秒*立方米)。
圖4 FLUX(1)表示產生的熱流量
03
子程序需要更新的變量
STATEV(*)：用戶自定義的結果依賴的狀態變量數組。僅在熱傳遞分析中，STATEV在增量步開始時會傳入子程序，并且在增量步結束時傳遞回來，即更新狀態變量。
圖5 依賴于結果的STATEV狀態變量
04
水化放熱公式及實現程序
下面通過一個例子來探索下HETVAL子程序模擬混凝土水化熱形成的溫度場。
水化放熱曲線很復雜，工程中一般采用簡化的經驗擬合表達式，比如混凝土水化放熱的公式我們這里采用復合指數式，如式1所示，因為很多文獻指出用該水化放熱曲線模擬的溫度場與實測的溫度場模擬較好。Q0為混凝土水化放熱的最大值，取為364000J/kg（一般試驗或文獻里給的都是kJ/kg這種單位，但Abaqus里的標準單位為J，這里要統一單位），而b、c這兩個參數取值可在文獻中查到，不同水泥類型的參數取值不一樣，對于52.5普通硅酸鹽水泥，這里b取為0.36，c為0.74。注意到式1中的t的單位為天。
式1：
然后對式1求導，可得到單位立方米混凝土單位時間的水化放熱率，qv (J/m^3/hr)，見式2。這里將上式中的時間單位改為了hr，因為一般混凝土溫度場監測以小時為單位進行記錄。這里的qv就是HETVAL中的FLUX(1)。
展開 相對于ABAQUS來說，利用ANSYS進行水化熱分析并不需要進行二次開發來實現，相對而言比較簡單且使用性強；而在ABAQUS中，則需通過編譯Fortran子程序來實現水泥水化熱的熱生成率函數，且ABAQUS子程序關聯驗證也相對麻煩些。
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骨料堆積混凝土細觀模型采用CAD多邊形密堆積2D插件建立，插件內置動力學算法，可模擬多邊形骨料顆粒在重力作用下的堆積模型。
何謂大體積混凝土，英文是concrete in mass，我國《大體積混凝土施工標準》GB50496-2018里規定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于1m的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。----引自百度百科。
通俗來說，對于澆筑尺寸邊長大于1m的混凝土構筑物，都可以當做大體積混凝土。在實際工程中，大體積混凝土廣泛應用于船塢
HETVAL子程序？？
混凝土水化熱溫度場分析其實是相當于在混凝土的溫度場分析中加入了一個熱源，而這個熱源的放熱量是隨著時間變化的。由于在Abaqus中沒有直接功能來模擬隨著時間變化的熱源，所以需要借用HETVAL子程序來實現隨著時間變化的熱源功能，并將其耦合到混凝土溫度場的計算之中。
見圖1，HETVAL子程序用來提供傳熱分析模型的熱源，這個熱源是隨著時間變化的，這個與混凝土隨時間變化的水化放熱曲線是一致的
