Внешний теплообмен в связке FlowVision-Abaqus - Подготовка проекта Abaqus

Содержание материала

Подготовка проекта Abaqus

В этой части обучающего примера мы рассмотрим подготовку проекта в Abaqus, которая включает в себя:

Создание геометрической модели в Abaqus

В данном разделе описывается самостоятельно создание модели бруска в Abaqus (версия 2019). При использовании готовой модели BrickABQ.inp, эту информацию можно пропустить и вернуться к ней позже, когда понадобятся соответствующие навыки.

В пункте Model > Edit Model Attributes > Model-1 укажите значение для абсолютной нулевой температуры:

  • Absolute zero temperature = - 273

Нажмите на кнопку Create Part. В открывшемся диалоговом окне Create Part задайте:

  • Name = Brick
  • Modeling space = 3D
  • Type = Deformable
  • Base Feature > Shape = Solid
  • Base Feature > Type = Extrusion
  • Approximate size = 0.25

В графическом рабочем окне, используя инструмент Create Isolated Point, создайте точки контура бруска.
Введите координаты точек: [-0.003,0.03], [-0.003,-0.01], [0.098,0.03], [0.098,-0.01].
С помощью инструмента Create Lines Connected постройте контур детали. Для этого, нажимая на Done (колесо мыши), последовательно соедините точки линиями.

 3

Чертёж модели в графическом окне

Далее в окне Edit Base Extrusion задайте толщину бруска. В поле Depth введите значение 20e-3 и нажмите ОК.

Создание характеристик материала

Перейдите в модуль Property. Нажмите на Create Material, чтобы создать новый материал.

В окне Edit Material задайте:

  • Name = Steel (имя материала)
  • General > Density = 7890 (плотность материала [кг∙м-3])
  • Mechanical > Elasticity > Elastic
    • Type: Isotropic
    • Young’s Module =2E11 (модуль Юнга [Па])
    • Poisson’s Ratio = 0.3 (коэффициент Пуассона)
  • Mechanical > Expansion
    • Type: Isotropic
    • Expansion Coeff = 7.2E-6
  • Thermal > Conductivity:
    • Type: Isotropic
    • Поставить галочку Use temperature-dependent data
  • Thermal > Specific Heat:
    • Type: Constant Volume
    • Поставить галочку Use temperature-dependent data
    • Number of field variables: 0

 Нажмите ОК.

Создайте сечение из материала Steel. В диалоговом окне Create Section задайте:

  • Name = Steel (имя сечения)
  • Category = Solid
  • Type = Homogeneous
  • и нажмите на Continue.

Откроется диалоговое окно Edit Section, в котором нужно задать Material = Steel и нажать ОК.

Нажмите на Assign Section.
В диалоговом окне Edit Section Assignment присвойте построенное сечение ранее созданной детали: выделите весь брусок (он подсветится красным цветом) и нажмите Done. В открывшемся окне нажмите ОК.


Создание сборки 

Перейдите к модулю Assembly. Для создания сборочной единицы нажмите на Create Instance.
Откроется окно со списком созданных деталей, в котором выберите деталь Brick и задайте Instance type = Dependent. После того, как в рабочей области появится созданная деталь, нажмите ОК.

7Создание сборки из детали Brick

настройка шага анализа

Численное моделирование будет состоять из двух этапов: предварительного прогрева бруска (расчёт только в Abaqus) и совместного FSI расчёта (FlowVision - Abaqus). 

Предварительный расчёт

Чтобы определить параметры предрасчёта, перейдите в модуль Step, нажмите на Create Step. В диалоговом окне Create Step задайте:

  • Name = Preload
  • Procedure Type = General
  • В списке ниже выберите Coupled temp-displacement и нажмите Continue.

Откроется окно Edit Step, в котором нужно задать параметры шага анализа. Во вкладке Basic задайте настройки шага:

  • Response: Steady-state
  • Time Period = 0.1
  • Nlgeom = Off
  • Во вкладке Incrementation оставьте настройки по умолчанию.
Совместный FSI расчёт

На втором шаге будет проводится уже совместный расчёт. В диалоговом окне Create Step задайте:

  • Name = FSI
  • Procedure Type = General
  • В списке ниже выберите Coupled temp-displacement и нажмите Continue.

В окне Edit Step во вкладке Basic задайте следующие настройки:

  • Response: Steady-state
  • Time Period = 20
  • Nlgeom = Off

Во вкладке Incrementation задайте следующие параметры:

    • Maximum numbers of increments = 100000 (максимальное число инкрементов)
    • Increment size > Initial = 0.0001 (начальный инкремент)
    • Increment size > Minimum = 1E-10 (минимальный инкремент)
    • Maximum increment size > Specify = 10 (максимальный инкремент)

 

Построение сетки

Перейдите к модулю Mesh и выберите Object: Part.
С помощью инструмента Seed part Instance разбейте брусок на элементы.
В диалоговое окне Global Seeds укажите величину параметра Approximate global size = 0.0015 и нажмите ОК. Теперь, используя Seed edges, задайте 1 элемент вдоль оси Z на всех гранях бруска: чтобы обеспечить плоскую постановку задачи.

12Разбиение модели бруска на расчётные элементы

Для данного типа анализа необходимо выбрать соответсвующий тип элементов: С3В8T. Нажмите на Assign Element Type и выберите следующие настройки:

  • Element Library: Standard;
  • Geometric Order: Linear;
  • Family Coupled Temperature-Displacement.

 
Для запуска генерации сетки нажмите на Mesh Part Instance и затем нажмите на Yes.

14

Расчётная сетка в объёме бруска

 Задание поверхности обмена в Abaqus

Следующим важным шагом в создании модели для совместного расчета является задание поверхностей обмена - интерфейсных поверхностей между Abaqus и FlowVision. Abaqus моделирует деформации и тепловой поток внутри бруска и экспортирует температуру с узлов сетки, располагающихся на поверхностях обмена, во FlowVision.

Чтобы задать поверхность обмена, выполните следующие действия:
В дереве модели сделайте двойной щелчок на Assembly > Surfaces (или выделите и примените команду Create). Откроется диалоговое окно Create Surface, задайте в нем:

  • Name = DC-SURF (имя поверхности обмена)
  • Type = Geometry
 
Необходимо выделить весь брусок и нажать Done.

15Выделение поверхностей обмена Abaqus-FlowVision на модели бруска

Задание граничных условий

В данной постановке задачи будут использоваться: ГУ ограничивающее переменение бруса и ГУ нагрева.

Граничное условие Fix

Перейдите в модуль Load. Выберите Create Boundary condition и создайте граничное условие на нижней поверхности бруска со следующими параметрами:

  • Name = FIX
  • Step = Preload
  • Category = Mechanical
  • Types for Selected Step = Symmetry/Antisymmetry/Encastre
  • Нажмите Continue.

 
В рабочем пространстве выберите нижнюю поверхность бруска и нажмите Done.

В открывшемся диалоговом окне Edit Boundary Condition выберите для плоскости бруска тип ГУ , ограничивающий перемещения данной плоскости по всем степеням свободы: ENCASTRE (U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0).

18Задание свойств граничного условия fix

Граничное условие temperature

Cоздайте новое граничное условие на той же поверхности бруска со следующими параметрами:

  • Name = Temperature
  • Step = Preload
  • Category = Other
  • Types for Selected Step = Temperature
  • Нажмите Continue.

 
В рабочем пространстве выберите нижнюю поверхность бруска и нажмите Done.
В открывшемся диалоговом окне Edit Boundary Condition введите значение Magnitude: 100.

 

Генерация inp-файла

Для генерации inp-файла выполните следующие действия:

  • Перейдите в модуль Job и в окне Job Manager создайте новый анализ. Нажмите Create, после чего в диалоговом окне Create job задайте для нового анализа имя BrickABQ и нажмите Continue.
  • В окне Job Manager для строки созданного анализа нажмите на Write Input.
  • Сохраните и закройте проект. 

Модификация inp-файла проекта Abaqus

Прилагаемый готовый файл OneValve.inp уже модифицирован, при его использовании данный раздел можно пропустить.

Рекомендуем посмотреть содержимое файла OneValve.inp в текстовом редакторе.

Для самостоятельного создания inp - файла, выполните следующие действия:

  • Откройте inp-файл проекта Abaqus в текстовом редакторе.
  • Добавьте в модуль STEP для шага **Step: FSI следующие строки перед строкой *End Step:

*CO-SIMULATION, PROGRAM=DIRECT, NAME=FlowVision, CONTROLS=FSI
*CO-SIMULATION REGION, IMPORT
ASSEMBLY_DC-SURF, CFL
*CO-SIMULATION REGION, EXPORT
ASSEMBLY_DC-SURF, NT
*CO-SIMULATION CONTROLS, NAME=FSI, TIME INCREMENTATION=SUBCYCLE, TIME MARKS=YES



Эти строки используются для идентификации совместного расчета со сторонней программой.

Перед именем региона обмена необходимо добавлять ASSEMBLY_ в строках косимуляции.

В inp-файле после модификации не должно оставаться пустых строк.

Подробнее об использованных для модификации настройках (*CO-SIMULATION, *CO-SIMULATION CONTROLS, *CO-SIMULATION REGION) читайте в Abaqus Keywords Reference Manual.