RFPA2D溫度版培訓(xùn)教程

初級培訓(xùn)教程RFPA2D-Thermo溫度版2/4/2023大連力軟科技有限公司§主要內(nèi)容◆

RFPA-Thermo溫度版簡介◆

熱彈性力學(xué)基本理論和概念◆

RFPA-Thermo溫度版功能按鈕與工具條介紹◆

RFPA-Thermo溫度版分析問題的流程◆

工程中有關(guān)熱應(yīng)力問題的RFPA模擬計算舉例2/4/2023大連力軟科技有限公司一、RFPA-Thermo溫度版簡介2/4/2023大連力軟科技有限公司§

RFPA-Thermo溫度版簡介

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RFPA-Thermo溫度版是繼RFPA2D-Basic基本版推出的，利用該版本可廣泛開展巖石、混凝土、復(fù)合材料熱載下的變形、破壞試驗，亦可對實際工程中的熱載荷進(jìn)行數(shù)值計算分析，計算分析可直觀的得到實驗及工程實體中的溫度場、應(yīng)力場、位移場及聲發(fā)射（微震）場的時空演化規(guī)律。觀看均勻升溫下溫度致裂混凝土過程……2/4/2023大連力軟科技有限公司混凝土材料溫度致裂演化過程（破壞模式）2/4/2023大連力軟科技有限公司混凝土材料溫度致裂演化過程（應(yīng)力演化）2/4/2023大連力軟科技有限公司二、熱彈性力學(xué)基本理論和概念2/4/2023大連力軟科技有限公司§溫度應(yīng)力（熱應(yīng)力）的概念◆溫度應(yīng)力：溫度應(yīng)力也叫變溫應(yīng)力或熱應(yīng)力。當(dāng)彈性體的溫度有所改變時，它的每一部分都將由于溫度的升高或降低而處于膨脹或收縮。但是由于彈性體所受的外在約束，以及各個部分之間的相互約束，這種膨脹或收縮并不能自由的發(fā)生，于是就產(chǎn)生了應(yīng)力，即所謂的變溫應(yīng)力。產(chǎn)生溫度應(yīng)力的條件：

溫度的變化（升高或降低）

約束（外界約束或各部分之間的約束）2/4/2023大連力軟科技有限公司§溫度應(yīng)力的平面問題◆兩類場的問題：

決定溫度場：按照熱傳到理論，根據(jù)彈性體的熱學(xué)性質(zhì)、內(nèi)部熱源、初始條件和邊界條件，計算彈性體內(nèi)各點在各瞬時的溫度，即所謂“決定溫度場”，而前后兩個溫度場之差就是彈性體的變溫。

決定應(yīng)力場：按照“熱彈性力學(xué)”，根據(jù)彈性體的變溫來求出體內(nèi)各點的溫度應(yīng)力，即所謂“決定應(yīng)力場”。為了決定彈性體內(nèi)的溫度應(yīng)力，須進(jìn)行這兩方面的計算。2/4/2023大連力軟科技有限公司§關(guān)于溫度場和熱傳遞的一些概念◆熱傳遞：熱從溫度高的物體傳到溫度低的物體，或者從物體的高溫部分傳到低溫部分，這種現(xiàn)象叫做熱傳遞。發(fā)生熱傳遞的唯一條件是存在溫度差，與物體的狀態(tài)，物體間是否接觸都無關(guān)。熱傳遞的結(jié)果是溫差消失，即發(fā)生熱傳遞的物體間或物體的不同部分達(dá)到相同的溫度?！魺醾鬟f的三種方式：

熱傳導(dǎo)：傳導(dǎo)熱從物體溫度較高的部分沿著物體傳到溫度較低的部分，叫做傳導(dǎo)。熱傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式。

對流：對流靠液體或氣體的流動來傳熱的方式叫做對流。對流是液體和氣體中熱傳遞的主要方式，氣體的對流現(xiàn)象比液體更明顯。

輻射：輻射熱由物體沿直線向外射出，叫做輻射。用輻射方式傳遞熱，不需要任何介質(zhì)，因此，輻射可以在真空中進(jìn)行。地球上得到太陽的熱，就是太陽通過輻射的方式傳來的。一般情況下，熱傳遞的三種方式往往是同時進(jìn)行的。2/4/2023大連力軟科技有限公司◆熱量：指的是由于溫差的存在而導(dǎo)致的能量轉(zhuǎn)化過程中所轉(zhuǎn)化的能量。轉(zhuǎn)化的過程叫做熱交換或熱傳遞。

熱量的計算公式：Q=cm·△T；物體(質(zhì)量m)經(jīng)某一過程溫度由變化為，它吸收(或放出)的熱量。其中C是與這個過程相關(guān)的比熱(容)．熱量的單位與功、能量的單位相同．在國際單位制中熱量的單位為焦耳(簡稱焦，符號為J)?！魺崛荩簾崛莸臉?biāo)準(zhǔn)定義是：“當(dāng)一系統(tǒng)由于加給一微小的熱量δQ而溫度升高dT時，δQ/dT這個量即是熱容。”（GB3102.4-93）◆熱膨脹系數(shù)：即在一定溫度范圍內(nèi)每升高1度，線尺寸的增加量與其在0度時的長度的比值，這就是線膨脹系數(shù)，簡稱膨脹系數(shù)§關(guān)于溫度場和熱傳遞的一些概念2/4/2023大連力軟科技有限公司§熱傳導(dǎo)方程◆溫度場：在熱傳導(dǎo)的過程中，物體內(nèi)各點的溫度隨著各點的位置不同和時間的經(jīng)過而變化，介質(zhì)內(nèi)部的溫度分布用函數(shù)T(x,y,z,t)表示；即在任一瞬時，所有各點的溫度值的總體，稱為溫度場?！魺崃髅芏鹊亩x：在單位時間內(nèi)通過單位等溫面面積的熱量，用q(x,y,z,t)表示；q=dQ/dt/S，它的量綱為:[熱量]/[時間]/[面積]。◆Fourier定理：熱流密度q與溫度函數(shù)u的梯度成正比，比例系數(shù)k稱為導(dǎo)熱系數(shù)；q=-k▽T

2/4/2023大連力軟科技有限公司§溫度邊界條件◆第一類邊界條件：若已知區(qū)域邊界上溫度分布，可歸結(jié)為第一類邊界條件，也稱溫度邊界條件?！舻诙愡吔鐥l件：若已知區(qū)域邊界上每一點的熱流密度。由Fourier定律，這實際上表示溫度T沿界面的法向?qū)?shù)是已知的，則可歸結(jié)為第二類邊界條件,也稱熱流密度邊界條件。注意：若物體界面絕熱，即物體與周圍介質(zhì)無熱交換，則T=0，即得第二類齊次邊界條件。又稱為絕熱條件．◆第三類邊界條件：設(shè)已知周圍介質(zhì)在物體表面的溫度為T1(x,y,z,t)。在表面，物體和外部介質(zhì)間有溫度差[T(x,y,z,t)-T1(x,y,z,t)]，從而就有熱量的流動，它滿足Newton(牛頓)熱交換定律：在無窮小時段內(nèi)，經(jīng)物體表面上的無窮小面積流到周圍介質(zhì)中去的熱量和物體與介質(zhì)在接觸面上的溫度差成正比。即dQ=H(T-T1)dsdt

其中H是比例常數(shù)，稱為熱交換系數(shù)。可歸結(jié)為第三類邊界條件，也稱混合邊界條件。當(dāng)研究有界區(qū)域Ω內(nèi)溫度分布，邊界條件通常有三大類：2/4/2023大連力軟科技有限公司三、RFPA-Thermo溫度版功能按鈕與工具條介紹2/4/2023大連力軟科技有限公司基本工具條New新建Open打開Save保存Print打印Copy復(fù)制Zoom縮放FullScreen全屏顯示Meshdividing網(wǎng)格劃分Boundaryconditions邊界條件Controlconditions控制條件Selfdefining系統(tǒng)自定義Seepageboundaryconditions滲流邊界條件Runstepbystep單步運(yùn)行Autorun自動連續(xù)運(yùn)行Stoprun強(qiáng)制停止運(yùn)行Thermalboundarycondition

溫度邊界條件2/4/2023大連力軟科技有限公司作圖工具條Drawbymouse鼠標(biāo)鍵盤輸入切換Materialproperty材料類型選擇Selectarea區(qū)域選擇Rectangle矩形Circle圓Line單直線Doubleline雙直線Polyline多線Polygon任意多邊形Compositematerial復(fù)合材料ClosedArc封閉弧Arc圓弧Anchor支護(hù)復(fù)合材料增強(qiáng)介質(zhì)顆粒設(shè)置2/4/2023大連力軟科技有限公司顯示工具條Shearstress剪應(yīng)力圖Max.principalstress最大主應(yīng)力圖Min.principalstress最小主應(yīng)力圖Elastic彈性模量圖AcousticEmission聲發(fā)射圖e/AE彈模和聲發(fā)射圖Load-stepcurve載荷與加載步曲線AEcurve聲發(fā)射曲線AreaAE圈定聲發(fā)射圖Multi-ElementInformation多單元信息Slideplay幻燈播放Displacementvector位移矢量圖Stressvector應(yīng)力矢量圖Seepageinformation

滲流多單元信息Flowvolume流量分布圖Waterhead水位等值線分布圖Securitycurve安全系數(shù)曲線2/4/2023大連力軟科技有限公司W(wǎng)eibull分布函數(shù)：§網(wǎng)格劃分

YLength(mm),Xlength(m):Y方向和X方向的尺寸均為所研究問題的實際尺寸，單位為毫米，建立模型的時候需要將實際尺寸換算成毫米，單元尺寸為實際尺寸除單元個數(shù)。Rows(Elements),Cols(Elements):單元列數(shù)和行數(shù)，單元尺寸的劃分原則前面已講述。HeterogeneityIndex行：為均質(zhì)度，weibull統(tǒng)計分布函數(shù)中的參數(shù)m，反映巖石介質(zhì)的均質(zhì)性。若模擬地下工程等必須考慮模型本身的重力的工程問題時，需要輸入自重的參數(shù)，注意自重的單位：N/mm3。MeanValue:為單元物理力學(xué)參數(shù)的平均值。2/4/2023大連力軟科技有限公司§溫度特性設(shè)置Kx：是X向的熱傳導(dǎo)系數(shù)。Ky：是Y向的熱傳導(dǎo)系數(shù)。ThermalCapacity：是密度和比熱的乘積。HeatRate：是（能量生成率），是考慮有沒有熱源的，一般少用，暫時不管。SwellCoeff：熱膨脹系數(shù)。ConstTemperature：已知溫度。InitialTemperature：初始溫度。2/4/2023大連力軟科技有限公司§溫度邊界條件設(shè)置如果涉及溫度計算問題，則必須初始化模型的溫度邊界條件，主要操作：先按下再按下滲流邊界類型，選擇溫度邊界條件：2/4/2023大連力軟科技有限公司溫度時間選項:如果計算需要考慮溫度時間問題,需要進(jìn)行此項設(shè)置：勾選Dynamicproblem.§時間選項TimesSpan(Day)：是時間尺度，即在非穩(wěn)態(tài)計算的時候，每一個計算步所代表的時間，這個計算步就是rfpa控制中的步，我們非穩(wěn)態(tài)計算采用的時間差分法。2/4/2023大連力軟科技有限公司§控制邊界條件設(shè)置執(zhí)行完網(wǎng)格劃分命令就要對用戶的模擬區(qū)進(jìn)行控制條件賦值?？刂茥l件涉及的是一些基本條件如：求解的類型是平面應(yīng)力還是平面應(yīng)變問題；加載總步數(shù)、是否為溫度問題以及重力方向等如下圖所示：其中Cavityelement和Equivalentforce兩種計算方法，一般計算采用空單元法，如果考慮的問題和分步開挖加支護(hù)的話，選擇等效節(jié)點力法。2/4/2023大連力軟科技有限公司§系統(tǒng)自定義(selfdefine)圖片類型和尺寸(PictureTypeSize)結(jié)果圖類型(Type)：此命令主要是定義在模型計算完成后要顯示圖形的類型和尺寸。根據(jù)研究問題的需要將相應(yīng)的結(jié)果圖選項上鉤上即可。圖形尺寸(Size)：對系統(tǒng)生成的結(jié)果圖進(jìn)行大小設(shè)置，選Default默認(rèn)，系統(tǒng)根據(jù)窗口大小隨機(jī)生成。矢量單元間隔(Vectorelementintervals)：因為要表示矢量場，用箭頭表示矢量的大小方向，箭頭方向為矢量方向，箭頭長短表示矢量大小。位移矢量放大系數(shù)(Displacementvectoramplifiedcoeff)：為了計算結(jié)果顯示的我們能更好的看清以說明問題，對原始矢量大小給予適當(dāng)?shù)姆糯?。?yīng)力矢量放大系數(shù)(Stressvectoramplifiedcoeff)：解釋同位移放大系數(shù)。注：這些參數(shù)定義可在計算運(yùn)行命令之前執(zhí)行，也可在計算命令之后執(zhí)行。2/4/2023大連力軟科技有限公司顯示步(Showstep)顯示步(Showstep)：此命令在設(shè)置重畫計算結(jié)果圖時候設(shè)置，設(shè)置重畫計算步的間隔。也可在inputredrawstep下面直接輸入要重畫的計算步，用英文狀態(tài)下的逗號相隔。重畫(Redraw)：是系統(tǒng)對計算數(shù)據(jù)進(jìn)行重新生成圖像的操作，原計算數(shù)據(jù)不變化，只是新生成的結(jié)果圖將覆蓋和上次生成的名稱相同的圖形。不同于系統(tǒng)重置(reset)?！煜到y(tǒng)自定義(selfdefine)2/4/2023大連力軟科技有限公司

聲發(fā)射圖設(shè)置(AEPictureSetting)聲發(fā)射圓大小(Typesize)：設(shè)置聲發(fā)射圓大?。ù硐鄬δ芰炕蛘鸺壌笮。?，Amplifiedradius是指在原能量圓大小的基礎(chǔ)上放大的倍數(shù)。所有步(Forallsteps)：顯示當(dāng)前所有步的聲發(fā)射圓。當(dāng)前步(Forcurrentstep)：顯示當(dāng)前單步的聲發(fā)射圓。發(fā)射圓顏色(AEcolor)：用聲發(fā)射圓顏色進(jìn)行區(qū)別單元的破壞是抗拉破壞、抗壓破壞、還是抗剪破壞。雙擊顏色框進(jìn)行調(diào)節(jié)?！煜到y(tǒng)自定義(selfdefine)2/4/2023大連力軟科技有限公司高級設(shè)置(AdvancedSetting)主要對破壞后和空氣單元的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整(初學(xué)者將詞項默認(rèn))。分離系數(shù)(Detachedcoeff)：主要為了處理破壞后單元的顯示狀態(tài)，當(dāng)破壞單元的變形(受拉)達(dá)到分離系數(shù)指定的變形量時，認(rèn)為單元已徹底分離，將不在顯示此單元，值為1-100。設(shè)置為5時，表示當(dāng)單元的最大變形超過5倍單元原始尺寸時，不再顯示此單元。灰度系數(shù)(Graydegreecoeff)：是通過去掉高亮度單元來調(diào)整總體的亮度范圍，值在0—1之間，其意義為：假設(shè)模型單元數(shù)為10，000個，灰度系數(shù)為0.01，則表示在顯示時去掉10，000×0.01=100個最亮的個單元級別。大位移(Largedisplacement)：是在處理自重問題時，當(dāng)破壞的單元下落的位移超過設(shè)置值時，則認(rèn)為破壞單元脫離母體單元，值為單元邊長的倍數(shù)?！煜到y(tǒng)自定義(selfdefine)2/4/2023大連力軟科技有限公司變形放大系數(shù)(Deformation)：對破模型的尺寸在顯示時做放大處理，如有時計算完成后發(fā)現(xiàn)模型沒有變化則可能是放大系數(shù)設(shè)置的太??；反之，當(dāng)計算完成后顯示的圖形出現(xiàn)全黑時，則有可能是因為放大系數(shù)設(shè)置過大的緣故。計算精度系數(shù)(Accurateofstress)：表示控制計算精度，如設(shè)置為0.0001時，則表示當(dāng)破壞單元達(dá)到總單元數(shù)萬分之一時，系統(tǒng)不再做當(dāng)前不的循環(huán)計算?！煜到y(tǒng)自定義(selfdefine)其他設(shè)置(Otherssetting)2/4/2023大連力軟科技有限公司四、RFPA-Thermo溫度版分析問題流程2/4/2023大連力軟科技有限公司§RFPA計算步驟（三大步）構(gòu)造模型（前處理）1建立工程文檔2網(wǎng)格劃分和參數(shù)賦值3插入模型結(jié)構(gòu)4邊界條件(力、位移、溫度)5控制條件(選擇溫度問題）計算單步運(yùn)行連續(xù)運(yùn)行結(jié)果分析（后處理）選擇溫度圖2/4/2023大連力軟科技有限公司五、工程中有關(guān)熱應(yīng)力問題的RFPA模擬計算舉例2/4/2023大連力軟科技有限公司§均勻升溫過程中混凝土材料的破裂演化過程試驗內(nèi)容：◆了解混凝土等脆性材料在溫度變化過程中破裂模式演化規(guī)律◆了解混凝土溫度致裂過程中的應(yīng)力演化