順序耦合的案例
abaqus熱力耦合---順序（間接）耦合和完全（直接）完全耦合的結(jié)果對比 ￥200
<p> 前言</p><p>使用abaqus分析熱力學計算的例子很多，但是并沒有見有人發(fā)過順序耦合和直接完全耦合的對比，而且網(wǎng)上關(guān)于熱力耦合分析的教程又很少，而相關(guān)書籍上一般都用預定義場分析均勻溫度場，但是對于梯度載荷需要用到順序耦合或完全耦合。
展開 “順序耦合熱應(yīng)力分析”操作過程
順序耦合熱應(yīng)力分析：
1.先進行單純的熱分析，就是在劃分網(wǎng)格，設(shè)置分析步時都用"heat transfer"
做出來的結(jié)果是一個熱分析結(jié)果，保存在指定位置。
2.然后對同一個集合模型在建立一個分析，也就是前面熱分析的基礎(chǔ)上，稍微改動一下，劃分網(wǎng)格時用3D Stress，設(shè)置分析步時用Static,Geneal，最重要的是要導入前面熱分析的結(jié)果，這個導入在LOAD模塊里，打開“Edit Predefined field” 對話框，在“Distribution”:后面選擇“From results or output database file”,然后點擊“File name” 后面的“select”去選中你熱分析所保存的結(jié)果文件，計算運行時，應(yīng)力分析時，軟件自己就可以去讀取熱分析的結(jié)果。
順序熱耦合.part03.rar
順序熱耦合.part01.rar
順序熱耦合.part02.rar
展開 CAE黑話：耦合場/順序耦合/直接耦合/流固耦合(FSI)
做CAE仿真，理清各類“耦合”概念是跨入多物理場分析的第一步。今天直接拆解4個核心黑話，建議工程師在做復雜系統(tǒng)仿真前明確這些基本定義。
耦合場 (Coupled Field) 真實物理世界中，聲、熱、力、電磁等物理場往往不是孤立存在的，它們相互影響的過程就是耦合。例如電機發(fā)熱導致結(jié)構(gòu)熱膨脹，這就涉及到電磁-熱-力多場耦合。
順序耦合 (Sequential Coupling) “串聯(lián)”解法。先計算物理場A，將A的結(jié)果（如溫度分布）作為外部載荷提取出來，單向傳遞給物理場B（如結(jié)構(gòu)場）進行求解。優(yōu)點是計算成本低，適用于單向影響主導的場景。
直接耦合 (Direct Coupling) “并聯(lián)”解法。將多個物理場的自由度放在同一個大型剛度矩陣中，在一個求解器里同步迭代求解。適用于物理場之間相互作用強、必須實時反饋的場景（如壓電效應(yīng)）。精度極高，但極度消耗計算資源。
流固耦合 FSI (Fluid-Structure Interaction) 工程中最常見的一類耦合。流體的流動產(chǎn)生壓力使固體發(fā)生變形，而固體的變形又反過來改變了流體的流場（如風機葉片形變、橋梁風振）。按反饋程度也分為單向FSI和雙向FSI。
展開 Abaqus 熱-力順序耦合與 DFLUX 詳解 ￥59.9
順序耦合的本質(zhì)：先用熱方程得到 ，再把它作為已知外場驅(qū)動固體力學問題（通過 與溫度依賴材料參數(shù)），時間上保持同一時間軸或可匹配的時間段。
熱-力耦合
熱傳導與移動熱源
其中 即 Goldak 雙橢球體熱源; 表面邊界含對流/輻射條件:
熱彈塑性平衡方程
耦合流程
順序耦合中，熱分析得到的 （或其在積分點/節(jié)點的離散值）通過 TEMPERATURE, FILE=... 輸入到力學模型。
解熱方程得 ;
在力學步中按時間步讀入 , 由 生成熱應(yīng)變, 并以溫度退化的 與屈服準則/硬化規(guī)律推進塑性;
在冷卻階段, 不可恢復的塑性應(yīng)變與結(jié)構(gòu)約束共同“鎖定”殘余應(yīng)力。
要求：
網(wǎng)格一致（最好共享相同拓撲與節(jié)點）；
時間軸覆蓋（力學步的時間點應(yīng)落在熱步范圍內(nèi)，或可插值）；
參考溫度一致（材料模型中的 與初始溫度設(shè)置一致）；
邊界與最小約束合理，去除剛體模態(tài)。
3. 總體流程與工程目錄
Python 腳本自動創(chuàng)建幾何/網(wǎng)格/材料/邊界與分析步，分別寫出熱（THinp）與力學（MEinp）輸入；
DFLUX 計算體熱源 q(x,y,z,t)；
Mechanical 通過 *TEMPERATURE, FILE=<thermal job> 讀取熱場。
工程目錄（由腳本在“當前工作目錄 CWD”下自動生成）：
<當前工作目錄 CWD>/
├─ THinp/ # 熱分析 .inp（文件名以 T- 開頭）
├─ MEinp/ # 力學分析 .inp（文件名以 M- 開頭）
└─ UFLUX.for（或 DFLUX.for）
4.
展開 
CAE黑話：耦合場/順序/直接/流固耦合
耦合場分析是高階工程師必須掌握的核心技能。
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1?? 耦合場 (Coupled Field) 兩個或多個物理場（如：熱-結(jié)構(gòu)、流-固、電-磁-熱）相互影響、共同作用。一個場的計算結(jié)果直接影響另一個場的輸入條件或系統(tǒng)屬性。
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2?? 順序耦合 (Sequential Coupled Solving) 按順序一個接一個地求解物理場。例如：先計算溫度場，將溫度場結(jié)果（節(jié)點溫度）作為熱載荷施加到結(jié)構(gòu)場上進行應(yīng)力分析。
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特點： 計算簡單，收斂性好，但僅考慮單向影響，精度受限。
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3?? 直接耦合 (Direct Coupled Solving) 將不同物理場的控制方程合并成一個單一的、更大的方程組同時求解。方程組中包含耦合項。
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特點： 考慮完全的雙向耦合，精度最高。但計算量大，收斂非常困難，對網(wǎng)格質(zhì)量要求極高。
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4?? 流固耦合 (FSI) 一種非常典型的直接耦合。流體的流動和壓力引起固體的變形或運動（橙色路徑）；固體的變形或運動又反過來改變流體的流場邊界（藍色路徑）。
展開 ABAQUS之熱應(yīng)力 順序耦合分析-終章
由于順序耦合分兩個求解模型，先進行熱分析，然后才能進行應(yīng)力分析。今天就先跟大家分享第一步-熱分析。下面詳解每個步驟的設(shè)置。
目標：材料定義，熱學接觸設(shè)置，散熱設(shè)置。
材料：定義了兩種材料，Bolt-steel及Vessel-steel，材料參數(shù)隨溫度而變化，具體數(shù)值可下載模型查看（SI單位）。建立solid 截面屬性，并分配給相應(yīng)part。
圖2 材料參數(shù)
分析步設(shè)置：本案例設(shè)置了兩個分析步，step-1為穩(wěn)態(tài)熱分析部， step-2為瞬態(tài)熱分析步，分析時長1800S，得到不同時刻結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力分布。
圖3 分析步設(shè)置
相互作用設(shè)置：定義接觸傳熱，接觸屬性里采用Tabular定義不同間隙時接觸面導熱系數(shù)，然后通過自動搜尋建立4組接觸對（均采用同一接觸屬性），另對容器內(nèi)表面上下兩部分和外表面分別建立對流換熱，seal與Head建立Tie約束。如圖4所示。
圖4 相互作用設(shè)置
邊界條件：預定義場設(shè)置所有區(qū)域初始溫度為70。
展開 ABAQUS順序熱力耦合分析實例
10、把step有熱傳導分析步改為熱力耦合分析步。
11、 BC，熱力耦合需要重新考慮剛體位移的影響，選擇上下邊界的邊界，同時保持前一設(shè)置的溫度邊界不變。
12、單元類型同樣要更改為熱力耦合專用的單元（Coupled Temperature-Displacement），查看單元類型為CAX4T
13、 提交計算并查看結(jié)果。下圖為Mises應(yīng)力圖，可以看到，由于左邊溫度高，因此產(chǎn)生的熱應(yīng)力也相對較大。
ABAQUS順序熱力耦合分析實例.pdf
ABAQUS熱力耦合分析
2.熱-應(yīng)力分析類型
ABAQUS提供三種熱-應(yīng)力分析類型：順序耦合的熱-應(yīng)力分析、完全耦合的熱-應(yīng)力分析、絕熱分析。
（1） 順序耦合的熱-應(yīng)力分析
這是最常用的熱-應(yīng)力分析方法。這種應(yīng)力分析依賴于溫度場，但溫度場卻不依賴于應(yīng)力場（應(yīng)力受溫度影響，但溫度不受應(yīng)力影響）。如果已知溫度，則可以直接進行指定（不需要先進行傳熱分析），或者執(zhí)行兩個分析任務(wù)：首先進行傳熱分析，然后將得到的溫度讀入應(yīng)力分析中。溫度解通常為位置和時間的函數(shù)，將其以預定義場的形式讀入應(yīng)力分析中。
Abaqus/Standard在單元的材料點上，依據(jù)下式計算熱應(yīng)變：
其中
α（θ）為熱膨脹系數(shù)，
θ 為當前溫度，
θI為初始溫度，
θ0為線膨脹系數(shù)的參考溫度。
假定線膨脹系數(shù)的參考溫度上的熱膨脹為零。如果膨脹系數(shù)不是溫度的函數(shù)，則無需考慮 θ0。
（2） 完全耦合的熱-應(yīng)力分析
應(yīng)力場與溫度場相互影響，完全耦合。此時只需要一個分析任務(wù)，因為溫度與應(yīng)力相互依賴，因此兩者同時進行求解。
熱力耦合具有強烈的非對稱性。在Abaqus/Standard中，非對稱的耦合方程系統(tǒng)的求解代價非常高；而對稱的熱方程系統(tǒng)和對稱的力學方程系統(tǒng)的求解非常廉價；絕熱分析中只有力學方程系統(tǒng)需要求解，求解更高效。
在順序耦合分析中，單獨的分析類型可以充分利用自動時間增量步算法，以提高計算效率。 然而，在完全耦合的分析中，由于熱力相互作用使得上述方法的優(yōu)勢大打折扣！
因此，完全的耦合分析只在必要時使用。相對而言，順序耦合分析或絕熱分析的計算效率更高。
展開 基于Ansys WB耦合場瞬態(tài)模塊的熱-力耦合分析（案例：剎車盤）
基于Ansys WB耦合場瞬態(tài)模塊的熱-力耦合分析
1、引言
熱-力耦合分析根據(jù)其耦合的方式一般分為順序耦合和完全耦合；順序耦合是單向的，如已知溫度計算結(jié)構(gòu)體的變形、應(yīng)力、應(yīng)變等；而完全耦合是雙向的，如剎車盤制動過程，盤片與摩擦片的摩擦生熱，熱又導致盤片變形，變形的盤片進一步影響盤片和摩擦片的接觸關(guān)系，又進一步的影響摩擦生熱，即力→熱→力→......熱力雙向耦合。
隨著Workbench軟件的更新，再2020以后的版本中加入了耦合場分析模塊，無論是順序耦合和完全耦合，均不需要插入命令流，大大簡化了分析流程。本文采用耦合場瞬態(tài)模塊進行完全熱-力耦合分析。
圖1 WB耦合場模塊
2、三維模型搭建與網(wǎng)格劃分
利用solidworks對剎車盤進行三維模型的搭建，摩擦片距剎車盤預定距離為1mm，如圖2所示，導入Hypermesh中進行幾何清理（將小孔、窄邊等進行優(yōu)化）和網(wǎng)格劃分，如圖3所示，值得注意的是WB對.inp格式（Abaqus）的網(wǎng)格兼容性較好，因此Hypermesh導出網(wǎng)格類型為Abaqus的.inp文件。在這里不再過多的介紹前處理部分，主要針對耦合場的搭建與分析。
圖2剎車盤三維模型
圖3 剎車盤網(wǎng)格劃分
3、耦合場分析搭建
從外部導入.inp網(wǎng)格文件，搭建分析流程，如圖4所示。
圖4 分析流程搭建
3.1 材料定義
材料屬性的定義，參考論文[1]所給出的參數(shù)，如下表所示。
對于熱力耦合分析，比熱容、線膨脹系數(shù)、熱傳導系數(shù)是三個必要的熱力學參數(shù)。
展開 abaqus電池包熱力耦合分析（附CAE模型及分析流程） ￥88
電池包熱力耦合分析
本例展示基于熱-結(jié)構(gòu)耦合的熱力耦合分析。
1 問題設(shè)定 一塊電池組，尺寸為 70mm x 175mm x 400mm。對模型進行適當簡化，保留主體電芯和 PC 部分，約束電池組底部 Z 方向，電芯部分給定生熱源，電池組外表面給定自然對流散熱 邊界條件，模擬電池組溫度變化和應(yīng)力變化。 由于需要進行實時熱力耦合分析，因此電池，PC 材料等采用實體建模，設(shè)定相關(guān)的 coupling 耦合單元和 tie 約束，建立電芯和 PC 材料之間的接觸關(guān)系（包括熱接觸）。
2 分析過程 一般來說，針對熱力學問題，通常有順序耦合和完全耦合兩種方法。順序耦合是先進行 熱傳導分析，得到溫度分布結(jié)果，然后把溫度分布結(jié)果映射到結(jié)構(gòu)分析模型上。 完全耦合 則是直接在 abaqus 中直接給建立的 coupled temp-displacement 分析步，完全實時同步計算 溫度變化和應(yīng)力變化，并可考慮溫度和結(jié)構(gòu)變形之間的互相影響。
2.1 有限元計算
2.1.1 幾何處理 在 CAD 軟件中進行簡單處理后，導入 Abaqus 中，需要對零件進行幾何清理和修復，刪 除不必要的細節(jié)特征。
2.1.2 賦予材料屬性 根據(jù)不同材料電池，PC 等賦予相應(yīng)的材料參數(shù)，注意因為這里需要進行完全熱力耦合分析， 因此材料參數(shù)必須同時具有力學參數(shù)和熱學參數(shù)，包括：密度，彈性模量，泊松比，塑性曲 線，熱膨脹系數(shù)，熱導率，比熱等， 如下圖所示：
2.1.3 模型裝配 在 Abaqus 中裝配的模型，通在 CAD 軟件中裝配位置關(guān)系完全一致。如果在 CAD 軟件中 已經(jīng)裝配即可。
展開 Abaqus在熱分析中的應(yīng)用【轉(zhuǎn)】
② 熱耦合分析
熱-應(yīng)力耦合分析是熱分析中比不可少的部分，Abaqus提供了兩種熱-應(yīng)力耦合分析的方法，順序耦合分析與完全耦合分析，順序耦合分析是先進行熱傳導分析，在用熱傳導分析的結(jié)果來進行熱應(yīng)力分析，其中假設(shè)溫度可導致熱應(yīng)力，但應(yīng)力對溫度沒有響應(yīng)。完全耦合分析是考慮了兩者之間的相互響應(yīng)。在熱耦合分析中，Abaqus提供了針對不同類型的熱耦合分析專門的耦合單元，并且面前熱傳導分析中材料、載荷、邊界等的定義在耦合分析中均適用。
③ Abauqs踏面制動熱分析
利用Abaqus的Coupled temp-displacement（熱-結(jié)構(gòu)耦合分析）分析步進行的完全耦合熱分析。
展開 
ABAQUS激光切割（熱力順序耦合DFLUX+VUSDFLD）仿真案例講解
Abaqus焊接仿真案例展示
Abaqus在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用：
針對焊接領(lǐng)域關(guān)注的各種線性、非線性、熱力耦合、溫度場、應(yīng)力、應(yīng)變，微裂紋、疲勞、相變過程等問題Abaqus有針對性的提供了相應(yīng)的有限元分析解決方案。
Abaqus具有強大的熱固耦合分析功能，包括：
n
穩(wěn)態(tài)熱傳導和瞬態(tài)熱傳導分析；
n
順序耦合熱-固分析；；
n
完全耦合熱-固分析；
n
強制對流和輻射分析；
n
熱界面接觸接觸；
n
摩擦生熱等。
可以定義從簡單彈塑性模型到隨溫度變化材料常數(shù)的熱塑性、熱硬化性、高溫蠕變等復雜材料模型，來模擬金屬、聚合物、復合材料等電子材料的熱學和力學性質(zhì)。
Abaqus焊接應(yīng)用的優(yōu)勢：
針對焊接多物理場過程，Abaqus提供強大的熱-固耦合分析功能，包括：穩(wěn)態(tài)熱傳導和瞬態(tài)熱傳導分析，順序耦合熱-固分析，完全耦合熱-固分析，強制對流和輻射分析，熱界面接觸，熱-電耦合等。可以定義從簡單彈塑性模型到隨溫度變化材料常數(shù)的熱塑性、熱硬化性、高溫蠕變等復雜材料模型，來模擬焊接過程中金屬材料熱學響應(yīng)和力學響應(yīng)性能。
Abaqus包括51種純熱傳導和熱力耦合單元，83種隱式和顯式完全熱-固耦合單元，覆蓋桿、殼、平面應(yīng)變、平面應(yīng)力、軸對稱和實體各種 單元類型，包括一階和二階單元，為用戶建模提供極大的方便。
Abaqus在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用案例：
Abaqus廣泛應(yīng)用于焊接的各個方面，可以解決進行焊接過程中如下方面問題進行分析：
l
焊接過焊接過程中溫度場的計算；
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被焊工件應(yīng)力應(yīng)變計算；
l
被焊工件變形分析；
l
焊縫疲勞性能分析；
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焊接接頭殘余應(yīng)力分析；
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焊接接頭微裂紋分析；
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焊接接頭氫擴散分析。
金屬焊接方法有40種以上，主要分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。
展開 鋼結(jié)構(gòu)焊接的Ansys數(shù)值模擬
1 焊接模擬過程
1.1 焊接結(jié)構(gòu)的耦合場分析
基于熱彈塑性理論，采用有限元方法進行數(shù)值模擬，首要是考慮耦合問題[4]。自然界存在四種場，即位移(應(yīng)力應(yīng)變)場、電磁場、溫度場和流場。所有物理問題都是多場耦合的，有時為了簡化分析，抓住主要矛盾，只進行單場現(xiàn)象分析。對于鋼結(jié)構(gòu)的焊接問題，由于涉及到溫度場和應(yīng)力應(yīng)變場相互作用，故應(yīng)進行熱-結(jié)構(gòu)的耦合分析。
考慮溫度場和應(yīng)力應(yīng)變場的交叉作用和相互影響的熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，按照耦合方式的不同，可以分為直接耦合和順序耦合。
直接耦合是溫度場和應(yīng)力應(yīng)變場同時進行分析，此法適用于耦合場之間具有高度非線性的相互作用的情形。由于同時進行兩個物理場的計算，計算消耗的時間非常多。
順序耦合也稱為間接法，是兩個或多個物理場按一定順序排列對計算模型進行分析求解，即第一個物理場分析的結(jié)果作為載荷施加到第二個物理場分析[5]。對于焊接模擬，溫度場與應(yīng)力場的順序耦合過程如下：先進行熱應(yīng)力分析求得結(jié)構(gòu)的溫度場，保存在rth.文件中；將模型中的單元轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)的結(jié)構(gòu)分析單元，并將上一步求得的熱分析結(jié)果當作體載荷施加到節(jié)點上，由此求解結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分布。由于順序耦合中各物理場分析是相互獨立的，應(yīng)用方式更有效和靈活，文中采用了順序耦合方法。
1.2 單元選擇
對工程構(gòu)件的數(shù)值模擬，一般需要進行三維數(shù)值分析。有限元分析中，常用的三維單元為：熱分析實體單元solid70和單元solid90，應(yīng)力場分析結(jié)構(gòu)單元solid185單元和solid186。
solid70單元屬于六面體、8個節(jié)點的三維實體單元，靜態(tài)或瞬態(tài)的熱分析都適用，如圖1 所示。該單元的特點是由各向同性材料屬性定義。在進行焊接應(yīng)力變形等結(jié)構(gòu)分析時，此單元能夠轉(zhuǎn)化為等效的結(jié)構(gòu)單元-solid185。
solid185單元用于構(gòu)造三維固體結(jié)構(gòu)。
展開 Abaqus在熱分析中的應(yīng)用
② 熱耦合分析
熱-應(yīng)力耦合分析是熱分析中比不可少的部分，Abaqus提供了兩種熱-應(yīng)力耦合分析的方法，順序耦合分析與完全耦合分析，順序耦合分析是先進行熱傳導分析，在用熱傳導分析的結(jié)果來進行熱應(yīng)力分析，其中假設(shè)溫度可導致熱應(yīng)力，但應(yīng)力對溫度沒有響應(yīng)。完全耦合分析是考慮了兩者之間的相互響應(yīng)。在熱耦合分析中，Abaqus提供了針對不同類型的熱耦合分析專門的耦合單元，并且面前熱傳導分析中材料、載荷、邊界等的定義在耦合分析中均適用。
③ Abauqs踏面制動熱分析
利用Abaqus的Coupled temp-displacement（熱-結(jié)構(gòu)耦合分析）分析步進行的完全耦合熱分析。
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