Abaqus接觸面的熱傳遞與熱結構耦合分析

2017-06-14 by:CAE仿真在線來源:互聯網

接觸面的熱傳遞與熱結構耦合分析

1概述

熱傳遞與熱結構耦合分析在CAE仿真計算中經常出現,而仿真模型有些時候存在接觸非線性關系,溫度場需要通過接觸面進行傳遞,這就涉及到接觸面的設置等問題,如何處理接觸關系,尤其是溫度場計算時的接觸關系決定到溫度場是否能夠正確傳遞。

本次以一個雙管模型,如圖1所示,雙層管之間存在初始間隙,內層管的外表面與外層管的內表面屬于接觸關系,在內層管內表面的壓力作用下,兩接觸面必然會發生接觸,傳遞溫度載荷和結構載荷。

圖1幾何模型

計算熱結構耦合場有幾種方法,比較常用的是間接耦合的方法,即先進行溫度場的計算,然后再進行耦合計算,將熱分析和結構分析分開。

2溫度場計算

采用Abaqus建立模型,設置材料參數,材料參數包括熱參數和結構參數。

具體如圖2,包括彈性模量、泊松比、塑形參數、熱傳導系數、熱膨脹系數、比熱容,本次實例的材料參數均設置的隨溫度有關,故設置了多個值。

圖2材料屬性定義

建立Assembly同正常一樣。

建立載荷步Step時,需要考慮是瞬態溫度分析還是穩態,建立熱傳遞載荷步注意選擇Heat transfer,如圖3所示,在根據圖4選擇穩態傳遞還是瞬態傳遞,以及時間的設定。

圖3載荷步定義1

圖4載荷步定義2

接著在Interaction模塊下,需要定義接觸面的關系。通常結構分析時直接通過Interaction Manager管理器定義接觸,而溫度場傳遞時這樣處理肯定是不可以的,而是需要建立綁定關系,也就是定義Tie,綁定兩個接觸面即可,如圖5。同時,如果模型表面存在熱傳導,需要定義對流傳導參數。

圖5定義Tie屬性

再接著,在Load模塊,需要通過Predefined Field定義初始溫度場,一般初始溫度全都定義為20度。

圖6初始溫度場定義

再接著,在Mesh模塊下,劃分網格,接觸面的網格不一定非要全部節點能夠對應,需要注意的是劃分單元的選擇,如圖7,應該選擇Heat Transfer單元,否則不可以計算。

圖7 Heat Transfer單元

之后進入Job模塊,創建Job并求解,求解得到溫度場分布如圖8,圖中很明顯,雙層管的溫度場分布是連續的,并且接觸面的溫度場基本一致,表示接觸面的溫度場正確傳導。

圖8溫度場

3熱結構耦合

計算出溫度場之后即可在此基礎上進行熱結構耦合分析,直接復制熱分析的Model,在此基礎上作修改。需要修改的地方:

(1)Step模塊

定義兩個載荷步(根據需要,第二個載荷步是耦合),如圖9,Static載荷步,在第二個耦合載荷步里面屬于穩態求解,定義一個子步就可以。

圖9熱結構耦合載荷步定義

(2)Interaction模塊

在此需要將Tie刪除,并且重新建立接觸關系,即Contact關系。

(3)Load模塊

需要施加載荷和邊界條件,并且在第二個載荷步時導入溫度場,如圖10所示,選擇溫度載荷的類型為:From Results or Output Data Files;通過FileName指定計算的溫度場,并且下面的Begin Step表示從前一步計算的溫度場的第一個載荷步導入,因為本次溫度場是穩態的,只有一個載荷步,所以是1。