熱応力解析
理论与物理
概述
老师！今天要讲热应力分析对吧？那是什么内容呢？
这是基于温度分布产生的热应变与热应力的耦合分析。在约束条件下会产生应力。对于发动机部件、涡轮盘等温度梯度大的结构来说必不可少。
等等，温度分布产生的热……也就是说，像这样的情况也能用吗？
控制方程
听到这里，我终于明白为什么描述热应力分析很重要了！
离散化方法
这些方程，在计算机上实际是怎么求解的呢？
要使用有限元法（FEM）进行空间离散化。组装单元刚度矩阵，构建整体刚度方程。
矩阵求解算法
矩阵求解算法，具体是指什么呢？
通过直接法（LU分解、Cholesky分解）或迭代法（CG法、GMRES法）来求解联立方程。对于大规模问题，带预处理的迭代法很有效。
| 解法 | 分类 | 内存使用量 | 适用规模 |
|---|---|---|---|
| LU分解 | 直接法 | O(n²) | 小～中规模 |
| Cholesky分解 | 直接法（对称正定） | O(n²) | 小～中规模 |
| PCG法 | 迭代法 | O(n) | 大规模 |
| GMRES法 | 迭代法 | O(n·m) | 大规模·非对称 |
| AMG预处理 | 前处理 | O(n) | 超大规模 |
也就是说，在有限元法这部分偷懒的话，后面会吃苦头对吧。我铭记在心！
商用工具中的实现
那么，做热应力分析可以用哪些软件呢？
| 工具名 | 开发商/现状 | 主要文件格式 |
|---|---|---|
| COMSOL Multiphysics | COMSOL AB | .mph |
| Ansys Mechanical (原ANSYS Structural) | Ansys Inc. | .cdb, .rst, .db, .ans, .mac |
| Abaqus FEA (SIMULIA) | Dassault Systèmes SIMULIA | .inp, .odb, .cae, .sta, .msg |
| MSC Marc | Hexagon (MSC Software) | .dat, .t16, .t19 |
供应商的谱系与产品整合历程
各个软件的起源，是不是都挺有戏剧性的？
COMSOL Multiphysics
请介绍一下“COMSOL Multiphysics”！
1986年成立于瑞典。最初作为与MATLAB联动的FEMLAB开始，后更名为COMSOL。在多物理场方面有优势。
当前所属: COMSOL AB
Ansys Mechanical (原ANSYS Structural)
请介绍一下“Ansys Mechanical”！
1970年由Swanson Analysis Systems Inc. (SASI) 开发。基于APDL（Ansys参数化设计语言）。
当前所属: Ansys Inc.
Abaqus FEA (SIMULIA)
Abaqus FEA具体是指什么呢？
1978年由HKS (Hibbitt, Karlsson & Sorensen) 开发。2005年被达索系统收购，并入SIMULIA品牌。
当前所属: Dassault Systèmes SIMULIA
啊，原来如此！年瑞典成立原来是这么回事啊。
文件格式与互操作性
在不同软件之间传递数据时有什么注意事项吗？
| 格式 | 扩展名 | 类型 | 概要 |
|---|---|---|---|
| STEP | .stp/.step | 中性CAD | 符合ISO 10303的3D CAD数据交换格式。支持几何+PMI。 |
| IGES | .igs/.iges | 中性CAD | 早期的CAD数据交换标准。曲面数据的兼容性存在问题。正在向STEP迁移。 |
| MED | .med | 网格/结果 | 由EDF/CEA开发。用于Code_Aster等。基于HDF5。 |
在不同求解器之间转换模型时，需要注意单元类型的对应关系、材料模型的兼容性、载荷/边界条件的表达差异。特别是高阶单元和特殊单元（内聚单元、用户定义单元等），在求解器之间往往无法直接转换。
原来如此……格式看起来简单，实际上内涵很深呢。
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