abaqus温度场做功计算，热力学耦合输出解读

# abaqus温度场做功计算，热力学耦合输出解读

跑完热力耦合分析，翻出能量曲线一看，ETOTAL一直往上走，ALLIE也一路涨，以为能量不守恒，翻来覆去查了半天，最后才确认这是正常的。温度场做的功不会被记录在ABAQUS的能量里，内能和应变能会一直增加，总能量也会一直增加，但这是正常现象。

热力耦合分析里，温度场通过热膨胀系数驱动变形，做的是热功，这部分功的输入源是温度场，不是机械载荷。ABAQUS的能量平衡方程里只统计力学功，外力功ALLWK、动能ALLKE、内能ALLIE、塑性耗散ALLPD、粘性耗散ALLVD、摩擦耗散ALLFD、沙漏能ALLAE这些。温度场加进去的那部分功，既不记在ALLWK里，也不记在其他任何能量项里，等于凭空给系统注入了能量，所以ETOTAL只增不减。只要机械载荷那部分的能量平衡是对的，比如ALLWK和ALLIE、ALLKE、ALLPD的加和能对上，结果就没问题。

做顺序耦合的时候，先跑Heat Transfer分析步，把温度场存到ODB里，再用*TEMPERATURE, FILE=job_heat.odb读进Static分析步，这时候温度场是作为预定义场加载的，每一步的温度变化都在往系统里注热功，能量曲线同样会单调上升。完全耦合分析用*COUPLED TEMPERATURE-DISPLACEMENT，温度场和位移场同步求解，热功的注入也是一样的逻辑，能量平衡里不单独列这一项。

验证能量对不对，别看ETOTAL，看机械载荷部分的能量平衡。ALLWK应该等于ALLIE加ALLKE加ALLPD加ALLVD加ALLFD加ALLAE再加外部热功注入。外部热功注入不体现在能量输出里，所以直接比较ALLWK和ALLIE加和会对不上，差值就是热功部分。判断标准是机械载荷停止变化之后，ALLKE应该趋于零，ALLIE的增量应该跟ALLWK的增量大致匹配，比值在合理范围内就行。

有一次做一个刹车盘的制动过程模拟，热力耦合，摩擦生热加对流换热。跑完之后看能量曲线，ETOTAL从0涨到8500J，ALLIE涨到6200J，ALLWK只有1800J，怎么也配不平。当时是冬天，办公室暖气坏了，穿着羽绒服在工位上缩着，手指冻得敲键盘都慢。第一反应是摩擦耗散ALLFD没算对，把摩擦系数从0.3调到0.4，ALLFD从1500J涨到2100J，但ETOTAL还是对不上。又怀疑是热流密度加载错了，翻DFLUX的日志看每一步的产热，产热总量是6800J左右，跟ALLIE的增量能对上，但跟ALLWK差得远。后来才反应过来，热功通过温度场注入的那6800J根本不在ALLWK里，ALLWK只有机械载荷做的功，温度场做的功是另一条路进来的。把热功加进去，1800加6800等于8600J，跟ETOTAL的8500J基本吻合，剩下100J是数值误差和未完全收敛的残差。

热力耦合分析的结果解读里，位移场和应力场是机械部分，温度场是热学部分，两边的平衡要分开看。位移场的能量平衡看ALLWK和ALLIE的关系，温度场的能量平衡看热流量和温度分布的关系，混在一起看就会得出错误结论。热应力算出来的应力场是热膨胀受约束产生的，跟机械载荷产生的应力场叠加，总应力是两部分的和，后处理的时候可以用FIELD OUTPUT里的S结合温度场T来区分贡献。

热功注入这块，*EXPANSION里的热膨胀系数是关键参数，取值不准直接影响热应力大小，进而影响热功注入量。20°C到200°C的钢，热膨胀系数取1.2e-5到1.4e-5之间，跟温度相关的话用*EXPANSION, ZERO=20.0, TYPE=ISO，下面给温度-膨胀系数表。比热容和导热系数影响温度场的分布和演化速度，对热功总量影响不大，但对热应力的时程有影响。

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