Пример теплового расчета с нагрузкой конвекция, изменяющейся в зависимости от координаты

Решается связанная, тепловая и упругая задача с заданной функцией конвекции. Используются объемные элементы первого порядка. Прикладываются давление на поверхностях внутри труб, усилия на поверхностях пигтейлов и жесткая заделка на одной из боковых граней. Задается конвекция, изменяющаяся в зависимости от координаты.

Проводится тепловой, а затем сразу статический нелинейный расчеты. Решение задачи происходит автоматически, необходимо только выбрать требующиеся настройки в статическом расчете.

Импортирование геометрической модели

Импортируйте модель. В верхней строке выберите Меню - Файл - Импорт. В открывшемся окне выберите нужный файл (скачать файл) и нажмите Открыть. В результате импортируется необходимая модель.

Изменение геометрической модели

Отпечатайте объемы. На панели команд выберите Режим - Геометрия, Объект - Объем, Действие - Отпечатать/срастить. Из выпадающего списка выберите Точное отпечатывание и укажите необходимые параметры. Нажмите Применить.

Построение сетки

Постройте сетку на трубе. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Из выплывающего списка выберите Задать размер и укажите необходимые параметры. Нажмите Применить, Построить сетку.

Постройте сетку на сварке с пигтейлом. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Из выплывающего списка выберите Задать число разбиений и укажите необходимые параметры. Нажмите Применить размер, Построить сетку.

Постройте сетку на сварке с муфтой. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Из выплывающего списка выберите Задать число разбиений и укажите необходимые параметры. Нажмите Применить размер, Построить сетку.

Постройте сетку на пигтейлах. На панели команд выберите Режим - Сетка, Объект - Объемная, Действие - Интервалы. Из выплывающего списка выберите Задать число разбиений и укажите необходимые параметры. Нажмите Применить размер, Построить сетку.

Задание материала и свойств блока

Создайте материал. На панели команд выберите модуль задания свойств материала Режим - Материал, Объект - Управление материалами. В открывшемся виджете Управление материалами в средней колонке укажите имя материала. В колонке свойств откройте список Упругость и перетащите Модуль Юнга, Коэффициент Пуассона и Модуль сдвига. Далее задайте зависимость для модуля Юнга от температуры. Для этого дважды нажмите на значение свойства и задайте таблицу (три точки справа), затем добавьте в таблицу 7 строк. Введите значения и нажмите Ок.

Аналогично задайте зависимость для модуля сдвига от температуры. Нажмите Ок.

В колонке свойств откройте список Общие, перетащите Плотность и задайте значение 8010, затем в левой колонке перейдите в раздел Температурные свойства, перетащите Коэффициент удельной теплоемкости и задайте - 434. Далее в левой колонке перейдите в раздел Температурные свойства и перетащите Температурные изотропные. Задайте зависимость для коэффициента теплопроводности от температуры. Нажмите Ок.

Задайте зависимость для коэффициента температурного расширения от температуры. Нажмите Ок.

Нажмите Применить. Закройте окно Управление материалами.

Создайте блок. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Добавить сущность в блок. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте свойства блоку. На панели команд выберите Режим - Блоки, Объект - Блок, Действие - Свойства/параметры блока. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задание граничных условий

Задайте конвекцию внутри трубопровода на все внутренние поверхности. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Конвекция, Действие - Создать. Дайте имя гу - "конвекция внутри трубопровода". Задайте необходимые параметры (ID объектов - 117 40 74 149 54 129 48 123 6 91 83 8 139 64 81 7 135 60 89 15 34 114 41 118 36 109 16). Нажмите Применить.

Задайте зависимость для конвекции от температуры. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Конвекция, Действие - Создать. Дайте имя гу - "конвекция внутри короба (коллектор)", задайте ID поверхностей 113 39 122 128 148 88 86 97 103 78 80 141 143 136 53 73 47 11 12 13 22 5 4 3 28 66 67 68 61 142 79 87, затем во вкладке коэффициента теплоотдачи нажмите на три точки и задайте таблицу. Нажмите Ок.

Нажмите Применить.

Задайте давление внутри трубопровода. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Давление, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте усилия на пигтейлах. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Точечная сила, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Задайте жесткую заделку на одной из боковых граней. На панели команд выберите Режим - Граничные условия, Объект - Перемещение, Действие - Создать. Задайте необходимые параметры. Нажмите Применить.

Запуск расчета

Для запуска на расчет в CAE Fidesys выберите на панели команд Режим - Настройки расчета, Настройки расчета - Статический, Статический - Общие. Задайте требуемые параметры и нажмите Применить, Начать расчет.

Анализ результатов

Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами:

• Нажмите Ctrl+E;

• В главном меню выберите Расчёт - Результаты. Нажмите Открыть результат;

• На панели команд выберите Результаты (Режим - Результаты, Результаты - Открыть Результат).

Появится окно FidesysViewer, в котором вы сможете ознакомиться с результатами расчёта.

На верхней панели выберите данные результата расчета для отображения. Из первого выпадающего списка выберите Перемещения, из второго - Сумма. В результате на модели отобразится распределение перемещений:

Также на модели можно посмотреть результаты напряжения по Мизес и температуры, для этого на панели инструментов установите параметры Напряжения - Мизес, затем Температура. Ниже на рисунке показаны распределения напряжений и температуры.

Использование консольного интерфейса

Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно выполнить с использованием консольного интерфейса. Ниже приведён код программы, позволяющий выполнить шаги описанного выше руководства, необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.

reset
import acis "C:/Users/Downloads/solid_simple_geom.sat" nofreesurfaces heal attributes_on  separate_bodies 
imprint tolerant volume all merge 
volume 5 15 size 0.01 
mesh volume 5 15
volume 18 8 14 4 13 3  interval 3 
mesh volume 18 8 14 4 13 3 
volume 19 9 11 1 12 2  interval 3
mesh volume 19 9 11 1 12 2 
volume 20 10 17 7 6 16  interval 40
mesh volume 20 10 17 7 6 16 
create material 1
modify material 1 name 'сплав' 
create table 1
modify table 1 dependency temperature
modify table 1 insert row 1
modify table 1 insert row 1
modify table 1 insert row 1
modify table 1 insert row 1
modify table 1 insert row 1
modify table 1 insert row 1
modify table 1 insert row 1
modify table 1 cell 1 1 value 0
modify table 1 cell 2 1 value 130.06
modify table 1 cell 3 1 value 322.54
modify table 1 cell 4 1 value 515.03
modify table 1 cell 5 1 value 650.29
modify table 1 cell 6 1 value 780.35
modify table 1 cell 7 1 value 900
modify table 1 cell 1 2 value 1.5775e+11
modify table 1 cell 2 2 value 1.5211e+11
modify table 1 cell 3 2 value 1.3803e+11
modify table 1 cell 4 2 value 1.2113e+11
modify table 1 cell 5 2 value 1.1127e+11
modify table 1 cell 6 2 value 1.0282e+11
modify table 1 cell 7 2 value 9.8592e+10
modify material 'сплав' set property 'MODULUS' table 1
modify material 'сплав' set property 'POISSON' value 0.3
create table 2
modify table 2 dependency temperature
modify table 2 insert row 1
modify table 2 insert row 1
modify table 2 insert row 1
modify table 2 insert row 1
modify table 2 insert row 1
modify table 2 insert row 1
modify table 2 insert row 1
modify table 2 cell 1 1 value 0
modify table 2 cell 2 1 value 130.06
modify table 2 cell 3 1 value 322.54
modify table 2 cell 4 1 value 515.03
modify table 2 cell 5 1 value 650.29
modify table 2 cell 6 1 value 780.35
modify table 2 cell 7 1 value 900
modify table 2 cell 1 2 value 6.0672e+10
modify table 2 cell 2 2 value 5.8505e+10
modify table 2 cell 3 2 value 5.3088e+10
modify table 2 cell 4 2 value 4.6587e+10
modify table 2 cell 5 2 value 4.2795e+10
modify table 2 cell 6 2 value 3.9545e+10
modify table 2 cell 7 2 value 3.792e+10
modify material 'сплав' set property 'SHEAR_MODULUS' table 2
modify material 'сплав' set property 'DENSITY' value 8010
create table 3
modify table 3 dependency temperature
modify table 3 insert row 1
modify table 3 insert row 1
modify table 3 insert row 1
modify table 3 insert row 1
modify table 3 insert row 1
modify table 3 insert row 1
modify table 3 insert row 1
modify table 3 insert row 1
modify table 3 insert row 1
modify table 3 insert row 1
modify table 3 insert row 1
modify table 3 cell 1 1 value 20
modify table 3 cell 2 1 value 100
modify table 3 cell 3 1 value 200
modify table 3 cell 4 1 value 300
modify table 3 cell 5 1 value 400
modify table 3 cell 6 1 value 500
modify table 3 cell 7 1 value 600
modify table 3 cell 8 1 value 700
modify table 3 cell 9 1 value 800
modify table 3 cell 10 1 value 900
modify table 3 cell 11 1 value 1000
modify table 3 cell 1 2 value 11.5
modify table 3 cell 2 2 value 13.1
modify table 3 cell 3 2 value 14.8
modify table 3 cell 4 2 value 16.4
modify table 3 cell 5 2 value 18.1
modify table 3 cell 6 2 value 19.6
modify table 3 cell 7 2 value 21.2
modify table 3 cell 8 2 value 22.8
modify table 3 cell 9 2 value 24.3
modify table 3 cell 10 2 value 25.7
modify table 3 cell 11 2 value 27.3
modify material 'сплав' set property 'ISO_CONDUCTIVITY' table 3
create table 4
modify table 4 dependency temperature
modify table 4 insert row 1
modify table 4 insert row 1
modify table 4 insert row 1
modify table 4 insert row 1
modify table 4 cell 1 1 value 20
modify table 4 cell 2 1 value 800
modify table 4 cell 3 1 value 900
modify table 4 cell 4 1 value 1000
modify table 4 cell 1 2 value 1.62e-05
modify table 4 cell 2 2 value 1.62e-05
modify table 4 cell 3 2 value 1.65e-05
modify table 4 cell 4 2 value 1.69e-05
modify material 'сплав' set property 'ISO_THERMAL_EXPANSION' table 4
modify material 'сплав' set property 'SPECIFIC_HEAT' value 434
set duplicate block elements off
block 1 add volume all
block 1 material 1 cs 1 element solid order 1
create convection name 'конвекция внутри трубопровода' on surface 117 40 74 149 54 129 48 123 6 91 83 8 139 64 81 7 135 60 89 15 34 114 41 118 36 109 16 surrounding value 890 coefficient value 2820
create table 5
modify table 5 dependency y
modify table 5 insert row 1
modify table 5 insert row 1
modify table 5 insert row 1
modify table 5 insert row 1
modify table 5 insert row 1
modify table 5 insert row 1
modify table 5 cell 1 1 value -0.18
modify table 5 cell 2 1 value -0.015
modify table 5 cell 3 1 value 0.155
modify table 5 cell 4 1 value 0.185
modify table 5 cell 5 1 value 0.21
modify table 5 cell 6 1 value 0.26
modify table 5 cell 1 2 value 2
modify table 5 cell 2 2 value 3
modify table 5 cell 3 2 value 3
modify table 5 cell 4 2 value 1
modify table 5 cell 5 2 value 4
modify table 5 cell 6 2 value 0.8
create convection name 'конвекция внутри короба (коллектор)' on surface 113 39 122 128 148 88 86 97 103 78 80 141 143 136 53 73 47 11 12 13 22 5 4 3 28 66 67 68 61 142 79 87 coefficient table 5
create pressure  on surface 117 40 74 149 54 129 48 123 6 91 83 8 139 64 81 7 135 60 89 15 34 114 41 118 36 109 16 magnitude 2.7e+6 
create force  on surface 147 72 130 55 124 49  vector 0 1972.7 0 0 0 0 
create displacement  on surface 116 43  dof all fix 0 
analysis type static elasticity findefs heattrans dim3
nonlinearopts maxiters 10 minloadsteps 1 maxloadsteps 10 tolerance 0.2 targetiter 5