آموزش مدل‌سازی و تحلیل آب‌بند ویسکوالاستیک در آباکوس

آب‌بندهای مکانیکی (Mechanical Seal) را می توان از قطعات صنعتی پرکاربردی دانست که با هدف جلوگیری از نفوذ یا نشت موادی نظیر مایعات، مواد شیمیایی و گازهای خطرناک صنعتی به خارج از یک سیستم، تولید شده و مورد استفاده قرار می گیرد. تنوع این محصول در صنعت بسیار گسترده بوده و فراخور کاربرد مورد نظر از مواد خاصی ساخته می شود. شاید بتوان لاستیک‌ها را از اجزای حیاتی در آب‌بند به شمار آورد. مدل‌سازی رفتار لاستیک‌ها در آباکوس نیازمند داشتن اطلاعات در خصوص مواد ویسکو‌الاستیک است. این مواد رفتاری مابین حالت الاستیک و ویسکوز از خود نشان می دهند و رابطه تنش برشی و کرنش در آنها به شدت وابسته به زمان است. در این آموزش برای شما همراهان گرامی، تحلیل اجزای محدود یک آب‌بند ویسکوالاستیک در نرم افزار Abaqus را در نظر گرفته‌ایم. اگر از محققینی هستید که به مطالعه رفتار این مواد می‌پردازید، مراحل مدل‌سازی و اعمال ضرایب مربوط به خواص ماده برای شما آشناتر خواهد بود اما اگر با این مواد آشنایی ندارید به شما پیشنهاد می‌کنیم از مراجع مناسب و معتبر نظیر کتب مکانیک محیط‌های پیوسته به کسب اطلاعات در این زمینه جذاب بپردازید. توصیه می‌کنیم این آموزش گرانقدر را از دست ندهید و با ما در آموزش مدل‌سازی و تحلیل آب‌بند ویسکوالاستیک در آباکوس همراه باشید.

 صورت مسئله مدل‌سازی و آنالیز آب‌بند Viscoelastic در Abaqus

آب‌بندی ویسکوالاستیک با خواص مکانیکی مشخص در نظر بگیرید که تحت بارگذاری فشاری قرار گرفته است. رفتار این قطعه را در آباکوس تحلیل کرده و کانتور تنش آب‌بند در اثر بار اعمالی را بیابید.

• ◄ حوزه کاربرد: مهندسی مکانیک – مهندسی عمران – مهندسی صنایع – مهندسی مواد
• ◄ مرجع تعریف خواص ویسکو‌الاستیک: کتاب مکانیک محیط‌های پیوسته، انتشارات دانشگاه صنعتی اصفهان
• ◄ اطلاعات بیشتر در: Simuleon.com , Aesseal.com

حل مسئله مدل‌سازی و تحلیل آب‌بند ویسکوالاستیک در آباکوس

مطابق روند تحلیل در نرم افزار Abaqus به ایجاد مدل هندسی قطعه در محیط Part خواهیم پرداخت. آب‌بندهای مکانیکی در شکل‌های متنوع و گسترده‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرند که گاها مدل‌سازی هندسه مقطع آنها چندان ساده نیست. جهت تسریع در روند حل مسئله، فایل inp مربوط به مدل هندسی مسئله را دانلود کرده و در نرم‌افزار آباکوس فراخوانی کنید، اگر پیرامون inp فایل‌ها اطلاعات کمی دارید حتما به آموزش مربوطه مراجع کنید (اینجا: فایل inp چیست و چگونه فراخوانی می‌شود). همانطور که ملاحظه می‌کنید، با توجه به هدف مسئله از یک مدل دو‌بعدی با دو عضو (صلب و تغییر شکل پذیر) استفاده کرده‌ایم.

دانلود فایل inp

شاید مهم‌ترین بخش در تحلیل اجزای محدود ویسکوالاستیک‌ها، وارد کردن صحیح خواص مکانیکی در ماژول Property باشد. از این‌رو و با توجه به طولانی بودن فرآیند، راهنمای تصویری زیر را با دقت و گام به گام اجرا کنید تا ماده مورد نظر به درستی تعریف شود.

تذکر: بدیهی است خواص بکار رفته در این مثال، بر اساس داده‌های معتبر مهندسی استخراج شده است. اگر بر روی مواد ویسکوالاستیک خاصی کار می کنید، خواص مکانیکی مطلوب خود را وارد نمایید. وارد کردن خواص ویسکو‌الاستیک و هایپرالاستیک از مسیر Mechanical → Elasticity در تعریف ماده امکان پذیر است.

در ادامه، مقطعی از نوع Solid, Homogenous تعریف کرده و به آب‌بند اختصاص دهید.  سپس به ماژول Assembly رفته و مطابق تصویر زیر، قطعه صلب بالایی و پایینی و نیز آب‌بند مکانیکی را وارد کنید.

در گام بعد از حل مسئله، به ماژول Step بروید و دو گام منطبق بر تصاویر زیر ایجاد کنید.

سپس، یک History Output جدید مانند تصویر زیر تعریف کنید.

در ادامه روند تحلیل آب‌بند ویسکوالاستیک در آباکوس، به محیط Interaction رفته و بین بخش بالایی آب‌بند و سطح زیرین اعمال بار، رفتار تماسی از نوع Surface to Surface تعریف کنید.

همین فرآیند را برای سطح زیرین آب‌بند و تکیه‌گاه پایینی نیز تکرار کنید. با اتمام روند فوق، برای تعریف شرایط مرزی و بارگذاری مورد نظر به ماژول Load بروید و مطابق تصاویر زیر، با دقت شرایط مورد نظر را اعمال نمایید.

بسیار خب! آخرین گام در پروسه طولانی این مدل‌سازی، ایجاد یک شبکه اجزا محدود با ویژگی‌های زیر بر روی آب‌بند خواهد بود.

تصویر متحرک زیر، گویای کانتور تنش در آب‌بند ویسکوالاستیک در اثر بار فشاری اعمالی است.

تجربیات خود از این تحلیل را با ما در میان بگذارید.

منبع : آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک