تحلیل‌ها و آنالیزهای موجود در مهندسی مکانیک به یک حوزه خاص محدود نمی‌شود. بدون شک از مجموعه مباحث دروسی مانند مقاومت مصالح و طراحی اجزا بخاطر دارید که بسیاری از مسائل صنعتی و طراحی نیازمند ترکیب دو علم مختلف با یکدیگر است. در این بین، ترکیب مسائل حرارتی – تنشی از جایگاه ویژه‌ای برخوردار بوده و دامنه کاربرد گسترده‌ای پیدا کرده است به گونه‌ای که با یک جستجوی ساده متوجه مراجع عظیمی در مسائل همبسته یا کوپل حرارت – تنش در اجزایی نظیر چرخدنده‌ها خواهید شد. آباکوس بعنوان یک نرم‌افزار اجزای محدود توانمند، قابلیت مدلسازی مسائل پیچیده کوپل حرارت – تنش را در خود دارد. از این‌رو تصمیم گرفتیم تا با یک مثال زیبا، اصول اساسی مدلسازی مسائل کوپل حرارت – تنش در آباکوس را برای شما عزیزان تشریح کنیم. با ما در این آموزش آباکوس همراه باشید.
بی‌متال (Bimetal) یا در ترجمه‌ای تحت‌الفظی دوفلز، به قطعاتی گفته می‌شود که از دو فلز غیرهم‌جنس (بویژه فلزهایی با ضریب انبساط متفاوت) ساخته شده است. در پروسه ساخت قطعات بی‌متال، دو فلز در حالت گرم و با استفاده از غلتک به یکدیگر پرس می‌شوند اما حاصل این کار به صورت قطعه‌ای یکپارچه دیده می‌شود. عبور جریان الکتریکی از این قطعه سبب ایجاد حرارت و ازدیاد طول در فلزهای سازنده می‌شود، اما با توجه به تفاوت در ضریب انبساط، قطعه به سمت فلز با ضریب انبساط پایین‌تر خم خواهد شد. این جابجایی به وسیله یک اهرم یا به شکل مستقیم سبب قطع/ وصل شدن کنتاکت‌ها می‌شود. این ویژگی سبب شده تا از بی‌متال ها به شکل گسترده در فیوزها و رله‌ها استفاده شود.
نحوه عملکرد کلید بی‌متال (Bimetal) در تصویر زیر به نمایش در آمده است.
صورت مسئله آنالیز کوپل حرارت – تنش در آباکوس:
قصد داریم در این مثال یک کلید بی‌متال با خواص حرارتی و مکانیکی مشخص را مورد تحلیل حرارتی- تنشی قرار دهیم. فرآیند شامل دو مرحله اعمال بار حرارتی و دفع حرارت به محیط اطراف می‌باشد. با در نظر گرفتن یک پین نیم استوانه‌ای بعنوان سطح ثانویه برای تماس بی‌متال، رفتار مجموعه را در آباکوس مدلسازی و تحلیل اجزای محدود نمایید.
- ◄ حوزه کاربرد: مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی
- ◄ اطلاعات بیشتر: Wikipedia.Org ، Simuleon.com
- ◄ تذکر: دانلود فایل CAE پروژه آنالیز کوپل حرارتی – تنشی در آباکوس (فایل مدل هندسی) از لینک زیر:
حل مسئله تحلیل کوپل حرارت – تنش در Abaqus:
مطابق روند شبیه‌سازی سایر مسائل در آباکوس، به محیط Part وارد شده و به ایجاد مدل هندسی مورد نظر بپردازید. از آنجایی که سایر مراحل تحلیل از اهمیت بیشتری برخوردارند، به شما توصیه می‌کنیم فایل CAE مسئله را دانلود کرده و در نرم افزار Abaqus فراخوانی نمایید.
پس از وارد کردن مدل هندسی مسئله، به محیط Property رفته و دو ماده موردنظر در قطعه را ایجاد نمایید. در ابتدا مطابق تصویر زیر خواص مکانیکی و حرارتی از جمله ضریب هدایت حرارتی و گرمای ویژه مربوط به فولاد را وارد نمائید.
ابتدا ضریب هدایت حرارتی و گرمای ویژه مربوط به فولاد را مطابق تصویر زیر وارد کنید.
حال خواص الاستیک فولاد از جمله مدول یانگ، ضریب پواسون و همچنین ضریب انبساط حرارتی (Expansion Coefficient Alpha) را مطابق تصویر زیر وارد کنید.
حال چگالی فولاد را نیز مطابق شکل وارد کنید.
سپس مطابق فولاد، خواص مذکور را برای آلومینیوم نیز با دقت و مطابق راهنمای تصویری زیر وارد کنید.
ابتدا ضریب هدایت حرارتی و گرمای ویژه مربوط به آلومینیوم را مطابق تصویر زیر وارد کنید.
حال خواص الاستیک آلومینیوم از جمله مدول یانگ، ضریب پواسون و همچنین ضریب انبساط حرارتی (Expansion Coefficient Alpha) را مطابق تصویر زیر وارد کنید.
و در مرحله آخر چگالی آلومینیوم را نیز مطابق شکل وارد کنید.
در ادامه دو مقطع از نوع Solid, Homogeneous با مواد فوق ایجاد کرده و با استفاده از Set های تعریف شده، به هر فلز اختصاص دهید.
در گام بعد وارد محیط Assembly شوید و قطعات موجود را مونتاژ نمایید. پیشتر و در فایل CAE عملیات مونتاژ و جایابی قطعات در Abaqus را انجام شده است، اما چنانچه با مشکلی مواجه شدید می‌توانید از تصویر زیر کمک بگیرید.
سپس، با هدف تعیین نوع حلگر و گام‌های زمانی فرآیند حل در آباکوس، به ماژول Step وارد شوید. با توجه به ماهیت مسئله بی‌متال (تعریف تماس بین دو قطعه در یک مرحله، اعمال بار حرارتی در مرحله دوم و فرآیند کاهش یا دفع حرارت در مرحله سوم) نیاز به تعریف سه گام حل خواهیم داشت. لذا در مرحله اول، یک حلگر از نوع Static, General با طول زمان 1s مطابق تصویر زیر تعریف کنید.
برای مراحل دوم و سوم نیز، گام‌هایی از نوع Temp-Displacement با طول زمان 1s و 10s ایجاد کنید. تصاویر زیر می‌تواند به شما کمک کند.
تنظیمات حلگر در مرحله خنک سازی نیز به صورت زیر است.
همچنین در History Output به تعریف یک HO مجزا با متغیر خروجی CSTRESS در قلمرو Pin-1.CP بپردازید.
حال نوبت آن رسیده که با توجه به ماهیت مسئله، رفتارهای تماسی مناسب را ایجاد کنید. برای این منظور کافیست در نرم‌افزار آباکوس وارد محیط Interaction شده و به کمک Setهای تعریف شده ، نسبت به ایجاد تماس مکانیکی بین پین و Bimetal و انتقال حرارت از نوع Surface Film بین بی‌متال و محیط اطراف با دمای 20C اقدام نمایید.
در گام بعد به ماژول Load رفته و در مرحله Initial، مجموعه Surf-ENC از پیش تعریف شده را در تمامی جهات مقید کنید.
سپس، مطابق تصویر زیر در گام مربوط به اعمال بار حرارتی، شاری با بزرگی 0.2 واحد به بی‌متال وارد کرده و در گام خنک‌سازی مقدار آن‌را به صفر تغییر دهید.
در ادامه، بر روی گزینه Predefined Load کلیک کرده و با انتخاب مرحله Initial، دمای 20 C را بعنوان دمای محیط به کل مجموعه اختصاص دهید.
با اتمام مراحل فوق در آباکوس، مسئله جهت ایجاد شبکه اجزا محدود در ماژول Mesh آماده شده است، لذا با استفاده از المان‌های C3D8RT مدل Bimetal و پین را مش‌زنی کرده و مسئله را برای تحلیل به ماژول Job ارسال نمایید. تصاویر زیر بیانگر کانتور تنش و دما در مجموعه بی‌متال و پین است.
تمرین: بعنوان یک تمرین، نمودار تنش بر حسب زمان را در هر دو عضو ترسیم کنید.
نتایج تحلیل خود را با ما در میان بگذارید. آیا توانسته اید عملکرد کلید را درک کنید؟
منبع : آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک
با عرض سلام و خدا قوت
علت تعریف interference fit در مسئله چیست؟
ممنون
سلام
برای اینکه نودهای دو سطح بدون ایجاد تنش از هم خارج بشن
سلام
وقت بخیر
در بخشی از آموزش بالا در هنگام تعریف رفتار تماسی مناسب در بخش Interaction،
1- در هنگام ایجاد Int-Fit، پس از انجام مراحل آموزش و هنگام تایید، پیغام ثData are not complet می آید. آیا در قسمت contact interaction property باید خواصی تعریف شود؟ از چه type؟
2- در هنگام ایجاد Int-2، آیا همه سطوح خارجی از جمله سطح خارجی پین باید انتخاب شود؟
سلام
1- بله؛ یک رفتار تماسی از نوع Normal و به کمک الگوریتم Hard Contact که پیش فرض برنامه ست
2- خیر؛ در عکس هم اشاره شده، فقط strip
سلام جناب مهندس
از پاسخ و راهنمایی شما بسیار سپاسگزارم
در صورت امکان برای شبیه سازی مساله زیر راهنمایی بفرمائید
1- برای تعیین تنش پسماند در یک جسم سه لایه که هر لایه جنس متفاوتی دارد و تحت بارگذاری حرارتی قرار می گیرد (از دمای محیط تا دمای 800، مدتی در این دما باقی می ماند، بعد تا دمای محیط سرد می شود) چند step برای حل باید تعریف شود (Step1 : Heating – Sep 2 – T constant – Step 3 : Cooling از نوع coupled temp-disp)؟
2- نوع حل باید transient باشد و Nlgem هم On باشد؟
2- این که برای تماس بین این سه لایه آیا نیاز به تعریف contact خاصی می باشد یا خیر؟
سلام
من بدون اینکه در جریان فیزیک مسئله شما قرار داشته باشم نمیتونم به این سؤالات جواب بدم
فلسفه نوع حل و اینکه تحلیل از نظر هندسی غیرخطی میشه یا خیر و تعداد استپ و . . . را فقط با فیزیک مسئله باید استخراج کرد، راهکار یکسانی وجود نداره
در مورد سؤال سوم هم میشه با دو تا پارتیشن ساده مسئله را حل کرد اما اگر اثرات این سه بخش در نقطه اتصال براتون اهمیت داشته باشه بله، میتونید contact تعریف کنید
با عرض سلام و خسته نباشید اقای مهندس من یه مدل رو براش تحلیل حرارتی انجام دادم حال برای تحلیل مکانیکال نیاز به دستگاه مختصات متفاوت دارم برای تعریف شرایط مرزی بعد از تعریف دستگاه دوم و ران گرفتن در نتیجه تحلیل مکانیکال تغییر شکا نامناسب در محل گرده جوش خودم دارم به نظرتون مشکل کجا میتونه باشه ؟کد سابروتینی که نوشتم بر اساس دستگاه مختصات اول است ممکنه به خاطر دستگاه جدید در تحلیل مکانیکال باشد؟
اگر مشکل این باشد چطور امکان تفکیک دو دستگاه وجود دارد؟
سپاس
سلام
ربطی به دستگاه مختصات نداره؛ شما میتونید تحلیل حرارتی انجام بدهید و در تحلیل مکانیکال هر دستگاهی دوست دارید استفاده کنید
دما فقط بر حسب مختصات نودها روی تحلیل مکانیکال شما (بر اساس دستگاه گلوبال) مپ میشه
سلام جناب مهندس . وقت شما بخیر . امیدوارم که سلامت باشید
بنده دانشجوی کارشناسی ارشد عمران هستم و در حال مدلسازی اثر یخ زدگی بر روی دیواره خاکی میخ کوبی شده . یعنی برای پایدارسازی یک دیواره خاکی به طول 4.5 متر , 4 لایه میله فولادی به طول 8.5 متر با زاویه در اون کوبیده میشه . حالا من میخوام به روش conduction , اثر یخ زدگی محیط رو بر این دیواره و میخ های کوبیده شده در آن در نظر بگیرم که البته قبلا یک پایان نامه در این زمینه کار شده که ابتدا اومده آنالیز حرارتی رو انجام داده و بعد فایل ODB اون رو وارد مدلسازی بارگذاری بر روی بدنه خاکی کرده .
من در قسمت حرارتی برای تعریف اندرکنش مشکل دارم , یعنی نمیدونم که باید در قسمت اندرکنش حرارتی باید اندرکنش تماسی بین میخ ها و خاک رو تعریف کنم یا نه و فقط اندرکنش حرارتی تعریف بشه کافیه ؟
خواهش میکنم بنده رو راهنمایی بفرمایید .
سلام
ممنون از شما
در قسمت حرارتی فقط اندرکنش حرارتی تعریف کنید
و اگر صلاح بدونید از هر طریقی که بفرمایید من شکل فیزیکی مسئله و مدلسازی خودم و خدمت شما ارسال میکنم .
لطفا بنده رو راهنمایی بفرمایید چون واقعا شرایطم اظطراریه
متأسفانه فرصت بررسی ندارم
سلام و خسته نباشید
من این مثال رو حل کردم طبق مراحلی که تعریف کردید توی این آموزش، شما برای پین، سکشنی(جنس) تعریف نکردید اینجا و من در حل ارور گرفتم و بعدش جنس آلومینیوم رو بهش اختصاص دادم تا حل بشه مثال، می خواستم بدونم که امکان داره من جایی رو اشتباه رفته باشم؟
ممنون میشم اگر راهنمایی بفرمایید.
سلام
چه خطایی دریافت میکنید؟
با عرض سلام و احترام خدمت شما مهندس عزیز و تشکر بابت مطالب درجه یک و مفیدتون، جناب مهندس از حضورتان یک سوال داشتم، منظور از کوپل دما و فشار در اباکوس چیست؟ و چه فرقی با تحلیل حرارت خالص دارد، از نظر مفهومی؟ ممنونم
سلام
مسائل کوپل به شکل کلی به مسائلی گفته میشه که هر دو عامل بر روی رفتار همدیگه اثر دارند و مستقل قابل بررسی نیست
یعنی مثلا افزایش دما باعث تغییر. در فشار میشه و این تغییر فشار افزایش یا کاهش دما را تشدید میکنه
در نتیجه هر دو عامل باید با هم و به شکل یکپارچه در نظر گرفته بشه
آقای مهندس سروری
با سلام و تشکر بابت مطالب مفید سایت
سوال من این هست که در آباکوس چطور میتوان شرط دمایی را بر روی نودها تعریف کرد؟ بدون تعریف set. مستقیما با داشتن شماره نود. برای مثال اعمال تغیییرات دمایی متغیر با زمان بر روی نود 1
از راهنمایی های شما سپاسگزارم
سلام
بدون تعریفset اینکار شدنی نیست، مگر اینکه در فایل inp اینکار را انجام بدید که توصیه نمی‌کنم
سلام مهندس. یک اتصال فولادی را تحلیل حساسیت مش در static general انجام دادم و بعد از کل مدل رابصورت فایلی مجزا تحلیل انتقال حرارت انجام دادم اما متاسفانه زمان حل انتقال حرارت بسیار طولانی میشه شاید یک هفته. درصورتیکه تمام تماس ها را در انتقال حرارت Tie معرفی کردم.
در حالیکه همین فایل در تحلیل استاتیکی نهایت ده دقیقه طول کشید( دلیل ان هم فکر کنم پایین بودن بار اعمالی و ورود نکردن به فاز غیرخطی بوده)
لطفا راهنمایی فرمایید که مشکل انتقال حرارت از کجاست. واحدها هم کاملا کنترل نمودم
سلام
بدون دیدن مدل و اطلاع از مدلسازی شما نظری نمیتونم بدم
با عرض سلام و خسته نباشید
دو تا سوال داشتم ممنون میشم لطف کنید و من رو راهنمایی کنید
1- من دارم بر روی یک ناودانی اعمال گرما میکنم و میخوام بعد از اعمال گرما به سرعت قطعه رو خنک کنم ولی در قسمت Load ، قسمت cooling مقدار رو از من 0 قبول نمیکنه که گرما رو کم کنم. مشکل چی میتونه باشه ؟ مجبور شدم عددی نزدیک به صفر وارد کنم.
2- زمانی که run گرفتم این error رو دریافت کردم میدونم مشکل از قسمت مش بندی هستش ولی نمیدونم چی هست. INVALID LOAD TYPE ON ELEMENT 302 INSTANCE PART-1-1. LOAD TYPE S IS NOT VALID FOR ELEMENT TYPE C3D8R
سلام
اگر مقداری نزدیک به صفر وارد میکنید مشکلی نیست
المانی که استفاده میکنید توانایی تحلیل بارگذاری را نداره
سلام اقای مهندس
بنده یک تیر بتنی تقویت شده با FRP تحت اتش رو مدل کردم و میخوام اثر اتش بر جداشدگی رو بررسی کنم. بین اونا از المان کوهسیو استفاده کردم و از اونجا که المان کوهسیو درجات ازادی دمایی ندارد چطور میتونم کاهش مشخصات کوهسیو تحت حرارت رو اعمال کنم
ممنون
سلام
میتونید سابروتین نویسی کنید
سلام و تشکر از شما
آیا با نرم افزار آباکوس می توان شبیه سازی توزیع دما در ابزار برش در حین فرآیند ماشین کاری را برحسب پارامترهای رژیم برش بیان کرد؟
سلام
بله
با سلام
اگر ما تمامی واحد ها را در Mass propery بر حسب واحدخای SI وارد کنیم. واحد دمای تعریفی در Load سانتی گراد هست یا کلوین باید تعریف شود؟
اگر خواص ماده وابسته به دما بوده خب واحد شما در load هم همون خواهد بود
در غیر اینصورت واحد‌های شما در خروجی تابعی از واحد‌های ورودیست
سلام مجدد. در ادامه سوال قبلی ذکر کنم که بارگذاری حرارتی بصورت منحنی ISO834 می‌باشه. ایا heating rate را میتونم در اینجا اعمال کنم
سلام جناب سروری
وقت بخیر
از دانشجویان دوره آباکوس هستم
یک سیلندر جدارضخیم دوسر گیردار تحت فشار یکنواخت داخلی و دمای مشخص در دو سر فیکس شده و همزمان شار حرارتی در درون سیلندر داریم
میخوام مساله را در حالت تقارن محوری تحلیل الاستوپلاستیک نماییم.
مشکل من در انتخاب نوع حلگر در ماژول step است.
و همچنین در ماژول property نمیدانم که باید خواص الاستیک را وارد نمایم یا خواص پلاستیک را و یا هر دو را.
ممنون میشم راهنمایی بفرمایید
با تشکر
سلام
باید خواص الاستیک و پلاستیک را وارد کنید
میتونید در ابتدا یک حل دمایی انجام بدید و بعد نتایج دما را روی سازه مپ کنید
اگر هم فیزیک مسئله شما ارتباط متقابل بین حرارت و سازه هست میتونید کوپل حل کنید
سلام جناب سروری.
ممنون از پاسخگویی شما. برای مدلسازی یک لوله که از داخل با گاز داغ در ارتباط بوده (h کانوکشن مشخص) و از بیرون با هوای سرد در ارتباط است (h مشخص) و یک فشار داخلی نیز داریم؛ برای تحلیل پایا همراه با محاسبه تنش و دما از چه استپ، چه شرایط مرزی و چه نوع المان مشی باید استفاده کرد؟
سلام
اطلاعی ندارم
باسلام و احترام
جناب مهندس،آیا این مسئله در ویدیو های آموزشی تدریس شده است؟
اگر بله، در کدام جلسه هست؟
سلام
خیر