RFPA2D温度版培训教程

初级培训教程RFPA2D-Thermo温度版2/4/2023大连力软科技有限公司§主要内容◆

RFPA-Thermo温度版简介◆

热弹性力学基本理论和概念◆

RFPA-Thermo温度版功能按钮与工具条介绍◆

RFPA-Thermo温度版分析问题的流程◆

工程中有关热应力问题的RFPA模拟计算举例2/4/2023大连力软科技有限公司一、RFPA-Thermo温度版简介2/4/2023大连力软科技有限公司§

RFPA-Thermo温度版简介

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RFPA-Thermo温度版是继RFPA2D-Basic基本版推出的，利用该版本可广泛开展岩石、混凝土、复合材料热载下的变形、破坏试验，亦可对实际工程中的热载荷进行数值计算分析，计算分析可直观的得到实验及工程实体中的温度场、应力场、位移场及声发射（微震）场的时空演化规律。观看均匀升温下温度致裂混凝土过程……2/4/2023大连力软科技有限公司混凝土材料温度致裂演化过程（破坏模式）2/4/2023大连力软科技有限公司混凝土材料温度致裂演化过程（应力演化）2/4/2023大连力软科技有限公司二、热弹性力学基本理论和概念2/4/2023大连力软科技有限公司§温度应力（热应力）的概念◆温度应力：温度应力也叫变温应力或热应力。当弹性体的温度有所改变时，它的每一部分都将由于温度的升高或降低而处于膨胀或收缩。但是由于弹性体所受的外在约束，以及各个部分之间的相互约束，这种膨胀或收缩并不能自由的发生，于是就产生了应力，即所谓的变温应力。产生温度应力的条件：

温度的变化（升高或降低）

约束（外界约束或各部分之间的约束）2/4/2023大连力软科技有限公司§温度应力的平面问题◆两类场的问题：

决定温度场：按照热传到理论，根据弹性体的热学性质、内部热源、初始条件和边界条件，计算弹性体内各点在各瞬时的温度，即所谓“决定温度场”，而前后两个温度场之差就是弹性体的变温。

决定应力场：按照“热弹性力学”，根据弹性体的变温来求出体内各点的温度应力，即所谓“决定应力场”。为了决定弹性体内的温度应力，须进行这两方面的计算。2/4/2023大连力软科技有限公司§关于温度场和热传递的一些概念◆热传递：热从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。发生热传递的唯一条件是存在温度差，与物体的状态，物体间是否接触都无关。热传递的结果是温差消失，即发生热传递的物体间或物体的不同部分达到相同的温度。◆热传递的三种方式：

热传导：传导热从物体温度较高的部分沿着物体传到温度较低的部分，叫做传导。热传导是固体中热传递的主要方式。

对流：对流靠液体或气体的流动来传热的方式叫做对流。对流是液体和气体中热传递的主要方式，气体的对流现象比液体更明显。

辐射：辐射热由物体沿直线向外射出，叫做辐射。用辐射方式传递热，不需要任何介质，因此，辐射可以在真空中进行。地球上得到太阳的热，就是太阳通过辐射的方式传来的。一般情况下，热传递的三种方式往往是同时进行的。2/4/2023大连力软科技有限公司◆热量：指的是由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转化的能量。转化的过程叫做热交换或热传递。

热量的计算公式：Q=cm·△T；物体(质量m)经某一过程温度由变化为，它吸收(或放出)的热量。其中C是与这个过程相关的比热(容)．热量的单位与功、能量的单位相同．在国际单位制中热量的单位为焦耳(简称焦，符号为J)。◆热容：热容的标准定义是：“当一系统由于加给一微小的热量δQ而温度升高dT时，δQ/dT这个量即是热容。”（GB3102.4-93）◆热膨胀系数：即在一定温度范围内每升高1度，线尺寸的增加量与其在0度时的长度的比值，这就是线膨胀系数，简称膨胀系数§关于温度场和热传递的一些概念2/4/2023大连力软科技有限公司§热传导方程◆温度场：在热传导的过程中，物体内各点的温度随着各点的位置不同和时间的经过而变化，介质内部的温度分布用函数T(x,y,z,t)表示；即在任一瞬时，所有各点的温度值的总体，称为温度场。◆热流密度的定义：在单位时间内通过单位等温面面积的热量，用q(x,y,z,t)表示；q=dQ/dt/S，它的量纲为:[热量]/[时间]/[面积]。◆Fourier定理：热流密度q与温度函数u的梯度成正比，比例系数k称为导热系数；q=-k▽T

2/4/2023大连力软科技有限公司§温度边界条件◆第一类边界条件：若已知区域边界上温度分布，可归结为第一类边界条件，也称温度边界条件。◆第二类边界条件：若已知区域边界上每一点的热流密度。由Fourier定律，这实际上表示温度T沿界面的法向导数是已知的，则可归结为第二类边界条件,也称热流密度边界条件。注意：若物体界面绝热，即物体与周围介质无热交换，则T=0，即得第二类齐次边界条件。又称为绝热条件．◆第三类边界条件：设已知周围介质在物体表面的温度为T1(x,y,z,t)。在表面，物体和外部介质间有温度差[T(x,y,z,t)-T1(x,y,z,t)]，从而就有热量的流动，它满足Newton(牛顿)热交换定律：在无穷小时段内，经物体表面上的无穷小面积流到周围介质中去的热量和物体与介质在接触面上的温度差成正比。即dQ=H(T-T1)dsdt

其中H是比例常数，称为热交换系数。可归结为第三类边界条件，也称混合边界条件。当研究有界区域Ω内温度分布，边界条件通常有三大类：2/4/2023大连力软科技有限公司三、RFPA-Thermo温度版功能按钮与工具条介绍2/4/2023大连力软科技有限公司基本工具条New新建Open打开Save保存Print打印Copy复制Zoom缩放FullScreen全屏显示Meshdividing网格划分Boundaryconditions边界条件Controlconditions控制条件Selfdefining系统自定义Seepageboundaryconditions渗流边界条件Runstepbystep单步运行Autorun自动连续运行Stoprun强制停止运行Thermalboundarycondition

温度边界条件2/4/2023大连力软科技有限公司作图工具条Drawbymouse鼠标键盘输入切换Materialproperty材料类型选择Selectarea区域选择Rectangle矩形Circle圆Line单直线Doubleline双直线Polyline多线Polygon任意多边形Compositematerial复合材料ClosedArc封闭弧Arc圆弧Anchor支护复合材料增强介质颗粒设置2/4/2023大连力软科技有限公司显示工具条Shearstress剪应力图Max.principalstress最大主应力图Min.principalstress最小主应力图Elastic弹性模量图AcousticEmission声发射图e/AE弹模和声发射图Load-stepcurve载荷与加载步曲线AEcurve声发射曲线AreaAE圈定声发射图Multi-ElementInformation多单元信息Slideplay幻灯播放Displacementvector位移矢量图Stressvector应力矢量图Seepageinformation

渗流多单元信息Flowvolume流量分布图Waterhead水位等值线分布图Securitycurve安全系数曲线2/4/2023大连力软科技有限公司Weibull分布函数：§网格划分

YLength(mm),Xlength(m):Y方向和X方向的尺寸均为所研究问题的实际尺寸，单位为毫米，建立模型的时候需要将实际尺寸换算成毫米，单元尺寸为实际尺寸除单元个数。Rows(Elements),Cols(Elements):单元列数和行数，单元尺寸的划分原则前面已讲述。HeterogeneityIndex行：为均质度，weibull统计分布函数中的参数m，反映岩石介质的均质性。若模拟地下工程等必须考虑模型本身的重力的工程问题时，需要输入自重的参数，注意自重的单位：N/mm3。MeanValue:为单元物理力学参数的平均值。2/4/2023大连力软科技有限公司§温度特性设置Kx：是X向的热传导系数。Ky：是Y向的热传导系数。ThermalCapacity：是密度和比热的乘积。HeatRate：是（能量生成率），是考虑有没有热源的，一般少用，暂时不管。SwellCoeff：热膨胀系数。ConstTemperature：已知温度。InitialTemperature：初始温度。2/4/2023大连力软科技有限公司§温度边界条件设置如果涉及温度计算问题，则必须初始化模型的温度边界条件，主要操作：先按下再按下渗流边界类型，选择温度边界条件：2/4/2023大连力软科技有限公司温度时间选项:如果计算需要考虑温度时间问题,需要进行此项设置：勾选Dynamicproblem.§时间选项TimesSpan(Day)：是时间尺度，即在非稳态计算的时候，每一个计算步所代表的时间，这个计算步就是rfpa控制中的步，我们非稳态计算采用的时间差分法。2/4/2023大连力软科技有限公司§控制边界条件设置执行完网格划分命令就要对用户的模拟区进行控制条件赋值。控制条件涉及的是一些基本条件如：求解的类型是平面应力还是平面应变问题；加载总步数、是否为温度问题以及重力方向等如下图所示：其中Cavityelement和Equivalentforce两种计算方法，一般计算采用空单元法，如果考虑的问题和分步开挖加支护的话，选择等效节点力法。2/4/2023大连力软科技有限公司§系统自定义(selfdefine)图片类型和尺寸(PictureTypeSize)结果图类型(Type)：此命令主要是定义在模型计算完成后要显示图形的类型和尺寸。根据研究问题的需要将相应的结果图选项上钩上即可。图形尺寸(Size)：对系统生成的结果图进行大小设置，选Default默认，系统根据窗口大小随机生成。矢量单元间隔(Vectorelementintervals)：因为要表示矢量场，用箭头表示矢量的大小方向，箭头方向为矢量方向，箭头长短表示矢量大小。位移矢量放大系数(Displacementvectoramplifiedcoeff)：为了计算结果显示的我们能更好的看清以说明问题，对原始矢量大小给予适当的放大。应力矢量放大系数(Stressvectoramplifiedcoeff)：解释同位移放大系数。注：这些参数定义可在计算运行命令之前执行，也可在计算命令之后执行。2/4/2023大连力软科技有限公司显示步(Showstep)显示步(Showstep)：此命令在设置重画计算结果图时候设置，设置重画计算步的间隔。也可在inputredrawstep下面直接输入要重画的计算步，用英文状态下的逗号相隔。重画(Redraw)：是系统对计算数据进行重新生成图像的操作，原计算数据不变化，只是新生成的结果图将覆盖和上次生成的名称相同的图形。不同于系统重置(reset)。§系统自定义(selfdefine)2/4/2023大连力软科技有限公司

声发射图设置(AEPictureSetting)声发射圆大小(Typesize)：设置声发射圆大小（代表相对能量或震级大小），Amplifiedradius是指在原能量圆大小的基础上放大的倍数。所有步(Forallsteps)：显示当前所有步的声发射圆。当前步(Forcurrentstep)：显示当前单步的声发射圆。发射圆颜色(AEcolor)：用声发射圆颜色进行区别单元的破坏是抗拉破坏、抗压破坏、还是抗剪破坏。双击颜色框进行调节。§系统自定义(selfdefine)2/4/2023大连力软科技有限公司高级设置(AdvancedSetting)主要对破坏后和空气单元的参数进行调整(初学者将词项默认)。分离系数(Detachedcoeff)：主要为了处理破坏后单元的显示状态，当破坏单元的变形(受拉)达到分离系数指定的变形量时，认为单元已彻底分离，将不在显示此单元，值为1-100。设置为5时，表示当单元的最大变形超过5倍单元原始尺寸时，不再显示此单元。灰度系数(Graydegreecoeff)：是通过去掉高亮度单元来调整总体的亮度范围，值在0—1之间，其意义为：假设模型单元数为10，000个，灰度系数为0.01，则表示在显示时去掉10，000×0.01=100个最亮的个单元级别。大位移(Largedisplacement)：是在处理自重问题时，当破坏的单元下落的位移超过设置值时，则认为破坏单元脱离母体单元，值为单元边长的倍数。§系统自定义(selfdefine)2/4/2023大连力软科技有限公司变形放大系数(Deformation)：对破模型的尺寸在显示时做放大处理，如有时计算完成后发现模型没有变化则可能是放大系数设置的太小；反之，当计算完成后显示的图形出现全黑时，则有可能是因为放大系数设置过大的缘故。计算精度系数(Accurateofstress)：表示控制计算精度，如设置为0.0001时，则表示当破坏单元达到总单元数万分之一时，系统不再做当前不的循环计算。§系统自定义(selfdefine)其他设置(Otherssetting)2/4/2023大连力软科技有限公司四、RFPA-Thermo温度版分析问题流程2/4/2023大连力软科技有限公司§RFPA计算步骤（三大步）构造模型（前处理）1建立工程文档2网格划分和参数赋值3插入模型结构4边界条件(力、位移、温度)5控制条件(选择温度问题）计算单步运行连续运行结果分析（后处理）选择温度图2/4/2023大连力软科技有限公司五、工程中有关热应力问题的RFPA模拟计算举例2/4/2023大连力软科技有限公司§均匀升温过程中混凝土材料的破裂演化过程试验内容：◆了解混凝土等脆性材料在温度变化过程中破裂模式演化规律◆了解混凝土温度致裂过程中的应力演化