تحلیل انتقال حرارت در فرآیند جوشکاری توسط نرم‌افزار آباکوس

اتصالات در مکانیک به دو دسته دائم و جداشدنی تقسیم می شوند. بدون شک، جوش بعنوان یکی از اتصالات دائمی همواره مورد توجه محققین و صنعتگران بوده است به نحوی که بسیاری از خبرگان این حوزه، جوش را گلوگاه صنعت می نامند. تحلیل انتقال حرارت در پروسه جوشکاری نیز از موضوعات مورد علاقه پژوهشگران برای مدل‌سازی در نرم‌افزار آباکوس است. با توجه به اهمیت موضوع تصمیم گرفتیم تا آموزش مدل‌سازی فرآیند جوشکاری و آنالیز انتقال حرارت آن در آباکوس را برای شما عزیزان آماده کنیم. با ما در این آموزش همراه باشید.

تذکر: در تاریخ 4 خرداد 95 آوزشی تحت عنوان “مدل‌سازی و تحلیل جوش T شکل در آباکوس” در سایت قرار گرفت. در صورت علاقه به مبحث جوشکاری به هیچ عنوان آن آموزش کاربردی را از دست ندهید.

صورت مسئله مدل‌سازی و تحلیل انتقال حرارت در فرآیند جوشکاری توسط آباکوس

هدف از این آموزش پروژه محور، شبیه‌سازی انتقال حرارتی است که در منطقه خط جوش ایجاد می شود. قطعه مورد نظر برای این تحلیل؛ یک ورق مطابق شکل زیر است.

◄ حوزه کاربرد: مهندسی مکانیک – مهندسی مواد (متالورژی) – مهندسی صنایع – مهندسی عمران

حل مسئله شبیه‌سازی و آنالیز انتقال حرارت در فرآیند جوشکاری توسط نرم‌افزار Abaqus

با توجه به ماهیت سه‌بعدی مسئله، از ماژول Part و با انتخاب حالت 3D، Deformable به ایجاد یک مکعب با ابعاد مشخص شده در شکل فوق بپردازید. حتما متوجه شده‌اید که مکعب زیر بیانگر دو قطعه پس از فرآیند جوشکاری است.

در ادامه و در محیط Property مطابق جدول زیر، خواص مکانیکی و حرارتی مورد نظر را وارد نمایید. بحث انتقال حرارت هدایت در طول پروسه جوشکاری، ضرورت تعریف ضریب Conductivity را در این ماژول نشان می دهد.

سپس مقطعی از نوع Solid را برای تحلیل انتخاب کرده و پس از تعریف، به مکعب مورد نظر اختصاص دهید.

پس از طی مراحل فوق، وارد ماژول Assembly شده و مکعب مورد نظر را در اصطلاح مونتاژ کنید. از آنجایی که برای تحلیل انتقال حرارت در نرم افزار Abaqus، به المان نیاز داریم، بر خلاف روند متداول تحلیل مسئله به ماژول Mesh رفته و شبکه ای با اندازه المان 5 را برای مکعب مورد نظر بکار می گیریم.

وجود المان‌های گوناگون در بخش کتابخانه جهت تحلیل اجزای محدود مسائل گوناگون، از برجسته‌ترین نقاط قوت آباکوس به شمار می رود (خانواده المان‌ها در آباکوس). بحث انتقال حرارت نیز از متداول‌ترین مباحث صنعتی به شمار می رود. از اینرو المان‌های ویژه ای برای این موضوع در نرم افزار Abaqus تعبیه شده است. در بخش Element Type ، از المان‌های Standard خطی ویژه تحلیل انتقال حرارت کمک می گیریم.

حال به ماژول Assembly بازگشته و با استفاده از مسیر Tools → Set → Create در منوی اصلی، نسبت به انتخاب دسته المان‌های مربوط به خط جوش اقدام می کنیم. با توجه به ماهیت مسئله، باید هشت المان موجود در راستای طولی ورق را در هشت Set جداگانه قرار دهیم (مطابق مسیر فوق).

در ادامه به محیط Step رفته و مطابق شکل زیر یک حل حرارتی را انتخاب می کنیم.

سپس، به زبانه Incrementation وارد شده و حداکثر تغییرات دمایی در هر Increment را معادل 50 واحد لحاظ می کنیم.

همانگونه که در گام قبل نیز اشاره شد، باید هشت Step جداگانه مانند بالا ایجاد کنیم. فراموش نکنید به کمک بخش Edit History Output Request در همین ماژول، خروجی‌های ضروری در تحلیل انتقال حرارت را فعال نمایید.

در مراحل پیشین تحلیل، به ایجاد هشت Set از المان‌های خط جوش اشاره کردیم. حال در ماژول Load به تعریف بار حرارتی برای این مجموعه خواهیم پرداخت. برای اینکه بار حرارتی ایجاد شده در هر Step بر روی سایر گام‌های حل تأثیرگذار نباشد (فرآیند جوشکاری را بخاطر بیاورید. الکترود رو به جلو حرکت کرده و در هر لحظه بار حرارتی تنها به یک ناحیه وارد می شود)، وارد Load manager شده و بارگذاری را در مراحل بعد به حالت غیر فعال در آورید.

از آنجایی که فرآیند ایجاد شبکه اجزای محدود را پیشتر انجام داده‌ایم، نیازی به طی این مرحله در ماژول Mesh نبوده و همه چیز برای انجام یک تحلیل انتقال حرارت از فرآیند جوشکاری در نرم افزار آباکوس آماده است. شکل متحرک زیر نیز نشان دهنده کانتور دمایی در امتداد خط جوش در این تحلیل است.

منبع : آکادمی نرم‌افزارهای مکانیک