Lernprogramm B6: Nichtlinear statische Wärmeübertragungsanalyse

Zunächst führen Sie die nichtlineare stationäre Wärmeübertragungsanalyse aus, um die Temperaturverteilung zu ermitteln. Diese Daten werden für eine lineare statische Analyse eingegeben, die für die thermische Spannungsanalyse verwendet wird.

Einrichten der Analyse

1. Klicken Sie in der Strukturansicht mit der rechten Maustaste auf Analyse 1, und wählen Sie Bearbeiten.
2. Geben Sie Manifold Analysis als Name und NL SS Heat Transfer als Titel ein. Wählen Sie Nichtlineare stationäre Wärmeübertragung im Dropdown-Menü Typ.
3. Das Dialogfeld sollte der folgenden Abbildung entsprechen.

   

4. Klicken Sie auf OK, um die Einrichtung der Analyse abzuschließen und zur Strukturansicht zurückzukehren.
5. Klicken Sie in der Modellstruktur mit der rechten Maustaste auf Materialien, und wählen Sie Neu.
6. Ändern Sie den Namen in Legierter Stahl 4130.
7. Stellen Sie sicher, dass Thermisch ausgewählt ist, und geben Sie dann den Wert 40.53 für C (Spezifische Wärme) und 0.00055555 für K (Wärmeleitfähigkeit) ein.
8. Geben Sie dann unter Allgemein den Wert 150 für T_REF (Referenztemperatur) ein.
9. Geben Sie unter Strukturell die in der folgenden Abbildung gezeigten Eigenschaften ein. Sie werden in der linearen statischen Analyse der thermischen Spannung verwendet.

   

   Bei Wärmeübertragungsanalysen können die wichtigen Materialeigenschaften (Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärme) im Abschnitt Thermisch eingegeben werden. Die Massendichte () kann im Abschnitt Allgemein eingegeben werden. Die Eingabe von strukturellen Eigenschaften ist nicht erforderlich.

10. Klicken Sie auf OK.
11. Überprüfen Sie in der Modellstruktur unter Idealisierungen, ob unter den Standardkategorien Definitionen wie Volumenkörper und Schalen vorhanden sind. Der unten gezeigte Volumenkörper 1 ist ein Beispiel für eine vorhandene Definition:
    

    Wenn Definitionen vorhanden sind, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Idealisierungen > Alle löschen. So wird sichergestellt, dass unerwünschte Materialien weder in der Bauteilvernetzung vorkommen noch an der Analyse beteiligt sind.

12. Klicken Sie in der Modellstruktur mit der rechten Maustaste auf Idealisierungen, und wählen Sie Neu.
13. Geben Sie Lineare Volumenkörpereigenschaft für Name ein, und wählen Sie Festkörperelemente unter Typ und 4130 legierter Stahl unter Material.

    

14. Klicken Sie auf OK.

Definieren Sie das Netz und wenden Sie die Lasten an

1. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf Netzmodell, und wählen Sie Bearbeiten.
2. Geben Sie 0,09 in das Feld Elementgröße ein.
3. Wählen Sie im Dropdown-Menü Elementreihenfolge die Option Linear. Lineare Elemente eignen sich gut für die thermische Analyse.

   

   Sie verwenden lineare Volumenkörperelemente, da in Wärmeübertragungsanalysen keine Mittelknoten erforderlich sind.

4. Klicken Sie auf OK.
5. Nach der Erstellung des Netzes sollte das Modell der folgenden Abbildung entsprechen.

   

6. Klicken Sie unter Subcase 1 mit der rechten Maustaste auf Lasten, und wählen Sie Neu.
7. Geben Sie NLssht Loads als Name ein.
8. Wählen Sie Wärmestrom im Dropdown-Menü Typ, und wählen Sie die Innenoberflächen für Flansch 2 und alle vier Rohre, die die Bohrung bilden. Die Oberflächen sind in der Abbildung unten in Blau hervorgehoben.

   

9. Geben Sie unter Lastendefinition den Wert 0.035 für Wärmestrom ein, und stellen Sie sicher, dass Subcase 1 markiert ist, damit die Last automatisch zu Subcase 1 hinzugefügt wird.

   

10. Klicken Sie auf die Schaltfläche Neu, um eine weitere Last zu definieren.
11. Geben Sie Convection als Name ein.
12. Wählen Sie Konvektion im Dropdown-Menü Typ.
13. Wählen Sie eine der Seiten aus, die die Stärke von Flansch 2 bilden, und wählen Sie alle Oberflächen aus, die tangential zu den bereits ausgewählten Oberflächen sind. Wählen Sie die Oberflächen von Flansch 1 und 2 in Richtung der Rohre sowie die äußeren Oberflächen der Rohre aus. Die auszuwählenden Oberflächen werden in der folgenden Abbildung gezeigt.

    

14. Geben Sie für Konvektionskoeffizient den Wert 3.858E-5 BTU / (Sek · in2 · °F) und für Umgebungstemperatur den Wert 70 °F ein.
15. Stellen Sie sicher, dass Subcase 1 markiert ist, damit die Last automatisch zu Subcase 1 hinzugefügt wird.

    

16. Klicken Sie auf Neu, um eine weitere Last zu definieren.

    

17. Wenn das Dialogfeld Last wieder angezeigt wird, geben Sie Initial Temperature in das Feld Name ein, und wählen Sie Ausgangsbedingung im Menü Typ. Temperatur sollte in der Dropdown-Liste Untertyp angezeigt werden. Geben Sie dann im Abschnitt Lastendefinition unter Temperatur den Wert 70 ein. Dadurch wird die Ausgangstemperatur des Körpers festgelegt, wobei Sie davon ausgehen, dass es sich um die Temperatur der Umgebungsluft handelt.
18. Wählen Sie Subcase 1, damit diese Last automatisch zu Subcase 1 hinzugefügt wird.

    

19. Klicken Sie auf OK.
20. Speichern Sie das Modell an diesem Punkt.

Führen Sie die Analyse und die Nachverarbeitung der Ergebnisse durch

1. Klicken Sie in der Strukturansicht mit der rechten Maustaste auf Manifold Analysis, und wählen Sie Lösen in Nastran.
2. Wenn das Dialogfeld „Nastran-Lösung abgeschlossen“ angezeigt wird, klicken Sie auf OK, um die Ergebnisse in Inventor Nastran zu laden.
3. Doppelklicken Sie auf Ergebnisse. Das Dialogfeld Darstellung wird geöffnet.

   

4. Klicken Sie auf Anzeige. Die Ergebnisse sollten der folgenden Abbildung entsprechen.