آنالیز انتقال حرارت دوبعدی به‌همراه شار حرارتی توسط آباکوس

انتقال حرارت را باید از محبوبترین مباحث حوزه مهندسی مکانیک به شمار آورد. در این خصوص آباکوس را باید در زمره نرم‌افزارهای اجزاء محدودی دانست که قابلیت‌های کاملی در زمینه تحلیل انتقال حرارت در اختیار کاربران قرار می‌دهد. ویژگی‌هایی از قبیل آنالیز حالت پایدار و یا گذرا، در نظر گرفتن شار حرارتی، امکان لحاظ کردن دمای محیط در تحلیل، تعریف خواص همرفت و بسیاری از پارامت‌های ضروری دیگر به‌خوبی نشان دهنده تجهیز Abaqus به ابزارهای ضروری برای حل یک مسئله در حوزه انتقال حرارت است. از این‌رو تصمیم گرفتیم تا با یک مثال کاربردی در آباکوس، مباحثی نظیر اعمال شار حرارتی و تعریف خواص فیزیکی لازم برای آنالیز انتقال حرارت در آباکوس را به شما عزیزان آموزش دهیم. از شما می خواهیم ما را در این آموزش پایه‌ای و پروژه‌محور همراهی کنید.

صورت مسئله آنالیز انتقال حرارت دوبعدی به‌همراه شار حرارتی توسط آباکوس

ورقی ذوزنقه‌ای شکل و با ابعاد نشان داده شده در شکل زیر در نظر بگیرید. ورق از لبه بالایی خود تحت شار سطحی قرار دارد. بعلاوه، یک شار حجمی نیز به سراسر ورق وارد می‌شود. چنانچه لبه سمت چپ و پایینی ورق در دمای اولیه 0C قرار داشته باشند، کانتور دمایی ورق را در این تحلیل بیابید.

حل مسئله تحلیل انتقال حرارت در ورق دوبعدی به‌همراه شار حرارتی توسط ABAQUS

کار مدل‌سازی را از محیط Part و بر اساس ابعاد نشان داده شده در شکل فوق آغاز نمایید. برای این منظور تصویر زیر به شما کمک خواهد کرد.

در ادامه و با هدف تعریف خواص فیزیکی مورد نظر به ماژول Property وارد شوید. از آنجایی که مسئله از نوع انتقال حرارت هدایت است، مطابق شکل زیر به تعریف ضریب هدایت حرارتی بپردازید.

همچنین سطح مقطعی همگن به کمک ماده مذکور ایجاد کرده و با فعال کردن تیک مربوط به حالت تنش/ کرنش صفحه‌ای، عدد 1 را برای ضخامت مربوطه در نظر بگیرید.

پس از وارد کردن قطعه در محیط Assembly و بدون اعمال تغییر به ماژول Mesh بروید. در این بخش، حلگری از نوع انتقال حرارت مطابق شکل زیر تعریف کرده و در ادامه، حالت Steady State  را انتخاب نمایید.

شبیه‌سازی را با ورود به ماژول Load ادامه دهید. مطابق شرایط ذکرشده در صورت مسئله، در لبه سمت چپ و پایین ورق، دمای 0C را اعمال کنید.

در ادامه، سطح بالایی ورق را انتخاب کرده و شار حرارتی سطحی به میزان 20 واحد را در Step-1 به آن وارد کنید.

همچنین، برای اعمال کردن شار حرارتی بدنی (Body Heat Flux)، تمامی سطح ورق را انتخاب کرده و مقدار عددی 6 واحد را به آن اختصاص  دهید.

با اتمام تعریف شرایط مرزی و بارگذاری مربوطه، به محیط Mesh وارد شوید و با استفاده از المان‌های DC2D4 به ایجاد شبکه اجزای محدود بر روی ورق بپردازید.

سپس مسئله را برای حل به ماژول Job ارسال کنید. شکل زیر کانتور دمای ورق را در انتهای تحلیل نشان می‌دهد.

منبع : آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک