Abaqus接触面的热传递与热结构耦合分析

2017-06-14 by:CAE仿真在线来源:互联网

接触面的热传递与热结构耦合分析

1概述

热传递与热结构耦合分析在CAE仿真计算中经常出现,而仿真模型有些时候存在接触非线性关系,温度场需要通过接触面进行传递,这就涉及到接触面的设置等问题,如何处理接触关系,尤其是温度场计算时的接触关系决定到温度场是否能够正确传递。

本次以一个双管模型,如图1所示,双层管之间存在初始间隙,内层管的外表面与外层管的内表面属于接触关系,在内层管内表面的压力作用下,两接触面必然会发生接触,传递温度载荷和结构载荷。

图1几何模型

计算热结构耦合场有几种方法,比较常用的是间接耦合的方法,即先进行温度场的计算,然后再进行耦合计算,将热分析和结构分析分开。

2温度场计算

采用Abaqus建立模型,设置材料参数,材料参数包括热参数和结构参数。

具体如图2,包括弹性模量、泊松比、塑形参数、热传导系数、热膨胀系数、比热容,本次实例的材料参数均设置的随温度有关,故设置了多个值。

图2材料属性定义

建立Assembly同正常一样。

建立载荷步Step时,需要考虑是瞬态温度分析还是稳态,建立热传递载荷步注意选择Heat transfer,如图3所示,在根据图4选择稳态传递还是瞬态传递,以及时间的设定。

图3载荷步定义1

图4载荷步定义2

接着在Interaction模块下,需要定义接触面的关系。通常结构分析时直接通过Interaction Manager管理器定义接触,而温度场传递时这样处理肯定是不可以的,而是需要建立绑定关系,也就是定义Tie,绑定两个接触面即可,如图5。同时,如果模型表面存在热传导,需要定义对流传导参数。

图5定义Tie属性

再接着,在Load模块,需要通过Predefined Field定义初始温度场,一般初始温度全都定义为20度。

图6初始温度场定义

再接着,在Mesh模块下,划分网格,接触面的网格不一定非要全部节点能够对应,需要注意的是划分单元的选择,如图7,应该选择Heat Transfer单元,否则不可以计算。

图7 Heat Transfer单元

之后进入Job模块,创建Job并求解,求解得到温度场分布如图8,图中很明显,双层管的温度场分布是连续的,并且接触面的温度场基本一致,表示接触面的温度场正确传导。

图8温度场

3热结构耦合

计算出温度场之后即可在此基础上进行热结构耦合分析,直接复制热分析的Model,在此基础上作修改。需要修改的地方:

(1)Step模块

定义两个载荷步(根据需要,第二个载荷步是耦合),如图9,Static载荷步,在第二个耦合载荷步里面属于稳态求解,定义一个子步就可以。

图9热结构耦合载荷步定义

(2)Interaction模块

在此需要将Tie删除,并且重新建立接触关系,即Contact关系。

(3)Load模块

需要施加载荷和边界条件,并且在第二个载荷步时导入温度场,如图10所示,选择温度载荷的类型为:From Results or Output Data Files;通过FileName指定计算的温度场,并且下面的Begin Step表示从前一步计算的温度场的第一个载荷步导入,因为本次温度场是稳态的,只有一个载荷步,所以是1。