 |
برهمکنش سیال-ساختار در اکستروژن آلومینیوم
معرفی
از بین تمام فلزات، بیشترین اکسترود شده آلومینیوم است. اکستروژن آلومینیوم مستلزم استفاده از یک قوچ هیدرولیک برای فشار دادن یک میله آلومینیومی از طریق قالب است. این فرآیند فلز را به شکل خاصی در می آورد. آلومینیوم اکسترود شده در بسیاری از کاربردهای تولیدی مانند قطعات ساختمانی استفاده می شود. در فرآیندهای شکل‌دهی عظیم مانند نورد یا اکستروژن، آلیاژهای فلزی در حالت جامد داغ با موادی که در شرایط ایده‌آل پلاستیکی جریان دارند، تغییر شکل می‌دهند. چنین فرآیندهایی را می توان به طور موثر با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی کرد، جایی که ماده به عنوان سیالی با ویسکوزیته بسیار بالا که به سرعت و دما بستگی دارد، در نظر گرفته می شود. اصطکاک داخلی مواد متحرک به عنوان منبع گرما عمل می کند، به طوری که معادلات انتقال حرارت به طور کامل با معادلات حاکم بر بخش دینامیک سیالات همراه است.
این مدل از یک مطالعه معیار در Ref. 1 . معیار اصلی یک جفت حرارتی-ساختاری را حل می کند، زیرا در شبیه سازی چنین فرآیندهایی استفاده از کدهای اجزا محدود خاص که قابلیت جفت کردن معادلات ساختاری با انتقال حرارت را دارند، معمول است. طرح جایگزین مورد بحث در اینجا جریان غیر نیوتنی را با معادلات انتقال حرارت جفت می کند. علاوه بر این، از آنجا که دانستن تنش در قالب ناشی از فشار سیال و بارهای حرارتی مفید است، مدل یک تحلیل مکانیک سازه اضافه می کند.
طراحی قالب توسط Compes SpA انجام شده است، در حالی که هندسه قالب، شرایط مرزی و داده های تجربی از Ref. 1 .
توجه: این برنامه به ماژول انتقال حرارت و ماژول مکانیک سازه نیاز دارد. علاوه بر این، از Material Library استفاده می کند.
تعریف مدل
این مدل شرایط حالت پایدار را در نظر می گیرد، با فرض اینکه یک شمش با طول نامتناهی از طریق قالب جریان می یابد. در فرآیند واقعی، شمش توسط قوچ از طریق قالب رانده می شود و حجم آن به طور مداوم کاهش می یابد.
شکل 1 هندسه کامل اصلی را با چهار نمایه مختلف نشان می دهد. برای داشتن مدلی با ابعاد مناسب فقط یک چهارم هندسه اصلی را در نظر بگیرید. ساده‌سازی مربوط به نادیده گرفتن تفاوت‌های بین چهار نمایه بر طرح عددی پیشنهادی تأثیر نمی‌گذارد. شکل 2 هندسه مدل حاصل را نشان می دهد.
شکل 1: هندسه معیار اصلی.
شکل 2: یک چهارم هندسه اصلی در نظر گرفته شده در مدل.
خواص مواد
مستندات مدل معیار ( مرجع 1 ) به عنوان منبع داده برای خواص دو ماده اصلی عمل می کند: فولاد AISI برای قالب و ظرف (قوچ در اینجا در نظر گرفته نشده است) و آلومینیوم برای بیلت.
تحلیل ساختاری
از آنجایی که تنها بخش فولادی در آنالیز ساختاری فعال است، یک رفتار الاستیک خطی ساده را در نظر بگیرید که در آن خواص الاستیک مربوط به ماده H11 mod (AISI 610) است که در کتابخانه مواد چندفیزیکی COMSOL یافت می‌شود.
تجزیه و تحلیل انتقال حرارت
مدل معیار از خواص زیر برای آلومینیوم و فولاد استفاده می کند:
آلومینیوم | ارزش | شرح |
k al | 210 N/(s·K) | رسانایی گرمایی |
ρ al | 2700 کیلوگرم بر متر مکعب | تراکم |
C p al | 2.94 N/(mm 2 ·K)/ ρ al | ظرفیت گرمایی در فشار ثابت |
فولاد | ارزش | شرح |
k _ | 24.33 N/(s·K) | رسانایی گرمایی |
r fe | 7850 کیلوگرم بر متر مکعب | تراکم |
C p fe | 4.63 N/(mm 2 ·K)/ ρ fe | ظرفیت گرمایی در فشار ثابت |
جریان غیر نیوتنی
خواص آلومینیوم به صورت تجربی تعیین شد و سپس با استفاده از داده های ادبیات برای همان آلیاژ و حالت سطح بررسی شد. با این حال، معیار یک قانون اساسی تجربی را پیشنهاد می‌کند که برای کدهای مکانیک سازه‌ای که معمولاً برای شبیه‌سازی چنین فرآیندهایی استفاده می‌شوند، در قالب داده‌های تنش جریان مناسب است. برای این مدل، این نیاز به محاسبه مجدد قانون اساسی برای به دست آوردن یک عبارت کلی برای ویسکوزیته دارد. تنش معادل فون میزس، σ eqv را می توان بر حسب انقباض کل تانسور تنش انحرافی تعریف کرد.
یا با استفاده از 
کجا 
نرخ کرنش و η ویسکوزیته است، به عنوان
کجا 
نرخ کرنش و η ویسکوزیته است، به عنوان(1)
معرفی نرخ کرنش معادل
معادله 1 را می توان به صورت بیان کرد
تانسور نرخ کرنش به صورت ( مرجع 2 ) تعریف می شود.
نرخ برش 
به صورت تعریف شده است
به صورت تعریف شده است
به طوری که
قانون جریان
بیان می کند که تسلیم پلاستیک در صورتی رخ می دهد که تنش معادل، σ eqv ، به تنش جریان، κf برسد . ویسکوزیته به صورت تعریف شده است ( برای جزئیات بیشتر به رفرنس 2 مراجعه کنید)
سازمان‌دهندگان معیار، داده‌های تنش جریان خاصی را پیشنهاد می‌کنند که بر حسب تابع Zener-Hollomon تعمیم‌یافته بیان شده است.
که در آن A = 2.39·10 8 s – 1 ، n = 2.976 ، α = 0.052 مگاپاسکال – 1 ، و
با Q = 153 kJ/mol و R = 8.314 J/(K·mol).
منابع، شرایط اولیه و شرایط مرزی
تحلیل ساختاری
از آنجایی که هندسه مدل یک چهارم هندسه واقعی است، از شرایط مرزی متقارن برای دو صفحه متعامد استفاده کنید. در سطوح خارجی قالب، شرایط مرزی غلتکی را اعمال کنید، زیرا در واقع قالب های دیگری که در اینجا در نظر گرفته نشده اند، برای افزایش سختی سیستم وجود دارند.
بارهای اصلی، بارهای حرارتی حاصل از تجزیه و تحلیل انتقال حرارت و تنش کل ناشی از تحلیل دینامیک سیالات هستند.
تجزیه و تحلیل انتقال حرارت
برای بیلت، از منبع گرمای حجمی مربوط به اثر گرمایش چسبناک استفاده کنید.
دمای خارجی قوچ و قالب در 450 درجه سانتی گراد ( 723 کلوین) ثابت نگه داشته می شود. دمای محیط 25 درجه سانتیگراد ( 298 کلوین) است. برای تبادل حرارت بین آلومینیوم و فولاد، از ضریب انتقال حرارت 11 N/(s·mm·K) استفاده کنید. همچنین تبادل حرارت همرفتی با هوای خارج از پروفیل ها را با ضریب انتقال حرارت همرفتی ثابت 15 W/(m 2 ·K) در نظر بگیرید.
دماهای اولیه را مطابق جدول زیر اعمال کنید:
قسمت | ارزش |
رم | 380 درجه سانتی گراد (653 کلوین) |
ظرف | 450 درجه سانتی گراد (723 کلوین) |
بیلت | 460 درجه سانتی گراد (733 کلوین) |
بمیر | 404 درجه سانتی گراد (677 کلوین) |
جریان غیر نیوتنی
در ورودی، قوچ با سرعت ثابت 0.5 میلی متر بر ثانیه حرکت می کند. این شرط مرزی را به سادگی با اعمال یک سرعت ورودی ثابت اعمال کنید. در خروجی، یک شرایط تنش معمولی با فشار خارجی صفر اعمال می شود. در سطوح قرار داده شده بر روی دو صفحه تقارن، از شرایط متقارن استفاده کنید. در نهایت، شرایط مرزی لغزش را بر روی مرزهایی که خارج از پروفیل قرار گرفته اند اعمال کنید.
نتایج و بحث
پاسخ کلی طرح عددی پیشنهادی، به ویژه در ناحیه پروفیل، مطابق با تجربه طراحان است. مقایسه بین داده های تجربی موجود و نتایج عددی شبیه سازی تطابق خوبی را نشان می دهد.
بر اساس نتایج شبیه‌سازی، مهندس می‌تواند طراحی اولیه قالب را با تنظیم پارامترهای فیزیکی مرتبط و شرایط عملیاتی بهبود بخشد. برای این منظور نمودار حجم در شکل 3 که میدان دمای داخل پروفیل را نشان می دهد اطلاعات مهمی را به دست می دهد. علاوه بر این، نمودار ترکیبی ساده و برش در شکل 4 هرگونه عدم تعادل در میدان سرعت را نشان می دهد که می تواند منجر به یک نمایه کج شود. یک طراحی مناسب همچنین باید تضمین کند که قسمت های مختلف پروفیل با سرعت یکسان حرکت می کنند. شکل 5 تنش معادل فون میزس را در قسمت فولادی با در نظر گرفتن بار حرارتی و بار فشاری ناشی از وجود سیال نشان می دهد.
شکل 3: توزیع دما در بیلت.
شکل 4: میدان سرعت و خطوط جریان در بخش پروفیل.
شکل 5: توزیع تنش معادل فون میزس در ظرف.
منابع
Google Scholar Crossref، CAS 1. M. Schikorra ، L. Donati، L. Tomesani، و AE Tekkaya.it/extrusion07 .
2. ED Schmitter، “مدل سازی فرآیندهای تشکیل عظیم با دینامیک سیالات جفت شده حرارتی”، مجموعه مقالات کنفرانس کاربر مولتیفیزیک COMSOL 2005 فرانکفورت ، فرانکفورت، آلمان.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_انتقال_گرما/فرآوری_حرارتی /آلومینیوم_اکستروژن_fsi
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Heat Transfer>Conjugate Heat Transfer>Liminar Flow را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Structural Mechanics>Solid Mechanics (جامد) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
7 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
8 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل aluminium_extrusion_fsi.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
هندسه وارداتی شامل مناطق باریکی است که برای این مدل ضروری نیست و تعداد عناصر را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. برای حذف این جزئیات، ویژگی Remove Details را اضافه کنید .
حذف جزئیات 1 (rmd1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  حذف جزئیات کلیک کنید . |
2 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
اکنون باید هندسه زیر را ببینید.
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
D_alfe | 1[mm] | 0.001 متر | ضخامت لایه رسانا بالا |
Heat_alfe | 11[N/(s*mm*K)] | 11000 W/(m²·K) | ضریب تبادل حرارتی آلومینیوم و فولاد |
تی_بیلت | 460 [درجه سانتیگراد] | 733.15 K | دمای بیلت |
T_container | 450 [درجه سانتیگراد] | 723.15 K | دمای ظرف |
تراموا | 380 [درجه سانتیگراد] | 653.15 K | دمای رام |
T_pd1 | 404 [درجه سانتیگراد] | 677.15 K | دمای اولیه در اطراف ترموکوپل در نقطه PD1 |
V_ram | 0.5 [mm/s] | 5E-4 متر بر ثانیه | سرعت رام |
P_init | 0 [نوار] | 0 پاس | فشار مرجع خارجی |
T_air | 25 [درجه سانتیگراد] | 298.15 K | دمای محیط |
Q_eta | 153000 [J/mol] | 1.53E5 J/mol | پارامتر Q برای تابع Zener-Hollomon تعمیم یافته |
n_eta | 2.976 | 2.976 | پارامتر n برای تابع Zener-Hollomon تعمیم یافته |
A_eta | 2.39e8[1/s] | 2.39E8 1/s | پارامتر A برای تابع Zener-Hollomon تعمیم یافته |
alpha_eta | 0.0521[1/MPa] | 5.21E-8 1/Pa | پارامتر آلفا برای تابع Zener-Hollomon تعمیم یافته |
H_conv | 15 | 15 | ضریب تبادل حرارتی همرفتی با هوا |
اف | sqrt (1/3) | 0.57735 | عاملی برای تبدیل نرخ برش به تعریف COMSOL |
تعاریف
متغیرهای 1
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  متغیرها کلیک کنید و متغیرهای محلی را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
z_eta | F*spf.sr*exp(Q_eta/(R_const*T)) | 1/s | پارامتر Zener-Hollomon |
mu_al | asinh((Z_eta/A_eta)^(1/n_eta))/(3*alpha_eta*F*spf.sr+sqrt(eps)) | پس | ویسکوزیته آلومینیوم |
انتخاب ها را برای ساده کردن مشخصات مدل ایجاد کنید.
خارج از
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Outside را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 35-38، 42، 43، 50، 51، 53، 55، 70، 71، 79-82، 87، 88، 93، 95، 102، 103، 106، و 108 را انتخاب کنید. |
برای راحتی بیشتر در انتخاب این مرزها، می توانید روی دکمه Paste Selection کلیک کرده و اعداد بالا را جایگذاری کنید.
داخلی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، داخل قسمت نوشتار Label را تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | مرزهای 8، 11، 14، 15، 19، 20، 24، 29-34، 41، 44، 45، 49، 52، 58-60، 64، 69، 72، 73، 76-78، 86، 89- را انتخاب کنید فقط 92، 101، 104، 105 و 109. |
قبل از ایجاد مواد برای مدل، حوزه سیال و جامد را مشخص کنید. با استفاده از این اطلاعات، نرم افزار می تواند خواص مواد مورد نیاز را تشخیص دهد.
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids (ht) روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 3 و 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن Selection name، Billet را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
جریان آرام (SPF)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان آرام بخش Physical Model را پیدا کنید . |
3 | از لیست تراکم پذیری ، جریان غیر فشرده را انتخاب کنید . |
4 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، Billet را انتخاب کنید . |
مکانیک جامدات (جامدات)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid Mechanics ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط دامنه های 1 و 2 را انتخاب کنید. |
حالا متریال هر دامنه را تعریف کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Structural steel را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
فولاد سازه (mat1)
1 | فقط دامنه های 1 و 2 را انتخاب کنید. |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 4.63 [N/(mm^2*K)]/rho(T[1/K])[kg/m^3] | J/(kg·K) | پایه ای |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 24.33 [N/(s*K)] | W/(m·K) | پایه ای |
نسبت پواسون | نه | 0.3 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
ظرفیت گرمایی استفاده نمی شود زیرا در معادله انتقال حرارت ثابت برای جامدات بدون حرکت انتقالی وارد نمی شود. ظرفیت گرمایی فقط برای کامل بودن در صورتی ارائه می شود که بخواهید مدل را برای انجام شبیه سازی های گذرا گسترش دهید.
بیلت
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Blank Material کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Billet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، Billet را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 2.94 [N/(mm^2*K)]/rho | J/(kg·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 2700 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 210 | W/(m·K) | پایه ای |
ویسکوزیته دینامیکی | که در | mu_al | پس | پایه ای |
فولاد سازه 1 (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Structural steel (mat1) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، داخلی را انتخاب کنید . |
اکنون دمای مرجع حجم را در حوزه های جامد تعریف کنید. این دما توسط مواد برای تعریف چگالی در جامدات برای هر دو رابط انتقال حرارت در جامدات و سیالات و مکانیک جامدات و توسط ویژگی انبساط حرارتی به عنوان مرجع کرنش صفر استفاده می شود.
تعاریف
ورودی مدل 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Shared Properties کلیک کنید و Model Input را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ورودی مدل ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
4 |  روی Select Quantity کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Physical Quantity ، دما را در قسمت متن تایپ کنید. |
6 |  روی Filter کلیک کنید . |
7 | در درخت، General>Volume reference temperature (K) را انتخاب کنید . |
8 | روی OK کلیک کنید . |
9 | در پنجره تنظیمات برای ورودی مدل ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
10 | در قسمت متن، T_container را تایپ کنید . |
این مقدار مقدار تعریف شده در قسمت ورودی های مدل پیش فرض برای دامنه انتخابی را لغو می کند.
ویژگی های مشترک
ورودی مدل 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Shared Properties کلیک کنید و Model Input را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ورودی مدل ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
4 |  روی Select Quantity کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Physical Quantity ، General>Volume reference temperature (K) را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای ورودی مدل ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
8 | در قسمت متن، T_pd1 را تایپ کنید . |
با مواد تعریف شده، می توانید فیزیک باقیمانده مدل را تنظیم کنید.
جریان آرام (SPF)
در مدل فعلی، ویسکوزیته بالای جریان سیال نشان می‌دهد که مدل تحت نفوذ است. بنابراین، پله زمانی شبه با این مورد سازگار نیست زیرا بر اساس مقیاس شار همرفتی است.
1 |  روی دکمه Show More Options در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید . |
2 | در کادر محاوره‌ای Show More Options ، در درخت، کادر را برای گره Physics>Advanced Physics Options انتخاب کنید . |
3 | روی OK کلیک کنید . |
4 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید . |
5 | در پنجره Settings for Laminar Flow ، روی قسمت Advanced Settings کلیک کنید . |
6 | زیربخش گامی شبه زمان را بیابید . از فهرست استفاده از پله زمانی شبه برای فرم معادله ثابت ، خاموش را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Laminar Flow (spf) روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن p ، P_init را تایپ کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 9 و 114 را انتخاب کنید. |
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 10 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، بخش Velocity را پیدا کنید . |
4 | روی دکمه فیلد Velocity کلیک کنید . |
5 | بردار u 0 را به عنوان مشخص کنید |
0 | ایکس |
0 | y |
V_ram | z |
دیوار 2
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و دیوار را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دیوار ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خارج را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست شرایط دیوار ، لغزش را انتخاب کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط Boundary 40 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات خروجی ، بخش شرایط فشار را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی p 0 ، P_init را تایپ کنید . |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids (ht) روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T_container را تایپ کنید . |
دما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 2، 5 و 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید . |
4 | در قسمت متنی T 0 ، T_container را تایپ کنید . |
شار حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 10 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Heat Flux ، بخش Heat Flux را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن h ، Heat_alfe را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن T ، T_ram را تایپ کنید . |
شار حرارتی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خارج را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Heat Flux را پیدا کنید . از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن h ، H_conv را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن T ، T_air را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | فقط Boundary 40 را انتخاب کنید. |
لایه نازک 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و لایه نازک را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه نازک ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، داخلی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Layer Model را پیدا کنید . از لیست Specify ، مقاومت حرارتی را انتخاب کنید . |
5 | بخش هدایت حرارتی را پیدا کنید . در فیلد نوشتاری Rs ، 1/Heat_alfe را تایپ کنید . |
مواد
فولاد سازه 1 (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Structural steel 1 (mat3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ضخامت | lth | D_alfe | متر | پوسته |
مکانیک جامدات (جامدات)
برای همگرایی سریعتر از عناصر خطی استفاده کنید. شما همیشه می توانید راه حل را با استفاده از عناصر درجه دوم پیش فرض بهبود بخشید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid Mechanics ، برای گسترش بخش Discretization کلیک کنید . |
3 | از لیست فیلد Displacement ، خطی را انتخاب کنید . |
مواد الاستیک خطی 1
هم مدول یانگ و هم نسبت پواسون وابسته به دما هستند. این مراحل را دنبال کنید تا بررسی کنید که دما توسط رابط انتقال حرارت در جامدات و سیالات تعریف شده است .
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Solid Mechanics (solid) روی Linear Elastic Material 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد الاستیک خطی ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 |  روی Go to Source for Temperature for the Temperature ( T ) کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
ورودی های مدل پیش فرض
بخش Browse Model Inputs را پیدا کنید . ستون نماد جدول زیر مشارکت های ورودی مدل نشان می دهد که این رابط انتقال حرارت در جامدات و سیالات است که دما را در حوزه جامد و سیال و در مرزهای لایه نازک تعریف می کند.
مکانیک جامدات (جامدات)
غلتک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Roller را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 2، 5 و 7 را انتخاب کنید. |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 1، 4، 112 و 113 را انتخاب کنید. |
چند فیزیک
اندرکنش سیال-ساختار 1 (fsi1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics Couplings کلیک کنید و Boundary>Fluid-Structure Interaction را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Fluid-Structure Interaction ، قسمت Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، همه مرزها را انتخاب کنید . |
انبساط حرارتی 1 (te1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Thermal Expansion را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 1 و 2 را انتخاب کنید. |
مش 1
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Free Triangular را انتخاب کنید . |
2 | فقط Boundary 40 را انتخاب کنید. |
سایز 1
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
5 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.0014 را تایپ کنید . |
6 | تیک گزینه Curvature factor را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.2 را تایپ کنید . |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 4 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Number of Elements عدد 24 را تایپ کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
چهار وجهی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Free Tetrahedral کلیک کنید .
Free Tetrahedral کلیک کنید .سایز 1
1 | روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
5 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.0085 را تایپ کنید . |
سایز ۲
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 12 و 13 را انتخاب کنید. |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
6 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
7 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.002 را تایپ کنید . |
سایز 3
1 | روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
6 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
7 | کادر حداقل اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 5e-4 را تایپ کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست Predefined ، Finer را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
اکنون باید هندسه مشبک زیر را ببینید.
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
از دو مرحله مطالعه ثابت استفاده کنید. ابتدا دینامیک سیالات و انتقال حرارت را برای تعیین بار حرارتی و بار فشار و سپس مکانیک سازه حل کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادر حل برای Solid Mechanics (جامد) را پاک کنید . |
4 | در جدول، کادرهای حل برای برهمکنش ساختار سیال 1 (fsi1) و انبساط حرارتی 1 (te1) را پاک کنید . |
ثابت 2
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادرهای حل برای انتقال حرارت در جامدات و سیالات ( ht) و جریان آرام (spf) را پاک کنید . |
4 | در جدول، کادر حل برای جریان غیر گرمایی 1 (nitf1) را پاک کنید . |
برای تجزیه و تحلیل ساختاری، از یک حل کننده تکراری کارآمد حافظه استفاده کنید تا حل مشکل را در رایانه هایی با حافظه محدود نیز ممکن سازد.
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 2 را گسترش دهید . |
4 | روی Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 2 کلیک راست کرده و Iterative را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
دما (ht)
اولین نمودار پیش فرض دما را نشان می دهد ( شکل 3 ).
1 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
2 | از لیست Dataset ، Exterior Walls را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature (ht) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار دما (ht) ، روی  Plot کلیک کنید . |
سومین نمودار پیش فرض را اصلاح کنید تا فیلد سرعت و خطوط جریان را در بخش پروفایل مشاهده کنید ( شکل 4 ).
مطالعه 1/فروشگاه محلول 1 (sol2)
در پنجره Model Builder ، گره Results>Datasets را گسترش دهید ، سپس روی Study 1/Solution Store 1 (sol2) کلیک کنید .
انتخاب
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  ویژگی ها کلیک کنید و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Billet را انتخاب کنید . |
سرعت (spf)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Velocity (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Study 1/Solution Store 1 (sol2) را انتخاب کنید . |
تکه
1 | در پنجره Model Builder ، گره Velocity (spf) را گسترش دهید ، سپس بر روی Slice کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Plane Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Plane ، xy-planes را انتخاب کنید . |
4 | از لیست روش ورود ، Coordinates را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن مختصات z ، 0.0151 را تایپ کنید . |
6 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی  Plot کلیک کنید . |
سرعت (spf)
در پنجره Model Builder ، روی Velocity (spf) کلیک کنید .
ساده 1
1 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی  Streamline کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Laminar Flow>Velocity and Press>u,v,w – فیلد سرعت (قاب فضایی ) را انتخاب کنید . |
3 | بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . از لیست موقعیت یابی ، مقدار کنترل شده را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن حداقل فاصله ، 0.01 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن حداکثر فاصله ، 0.1 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Type ، Ribbon را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن عبارت Width ، 0.001 را تایپ کنید . |
8 | تیک گزینه Width scale factor را انتخاب کنید . |
9 | زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست نوع ، پیکان را انتخاب کنید . |
10 | کادر شماره فلش را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 70 را تایپ کنید . |
11 | برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . |
بیان رنگ 1
1 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی  Color Expression کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Laminar Flow>Velocity and Press>spf.U – Velocity magnitude – m/s را انتخاب کنید . |
ساده 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Streamline 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش Inherit Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست Plot ، Slice را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی  Plot کلیک کنید . |
برای مشاهده بهتر، هندسه را در پنجره Graphics بچرخانید . با ایجاد گره ویژگی View به شرح زیر می توانید یک نمای برای یک نمودار حفظ کنید :
5 |  روی دکمه Show More Options در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره‌ای Show More Options ، در درخت، کادر را برای گره Results>Views انتخاب کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
نمایش سه بعدی 3
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Views کلیک راست کرده و View 3D را انتخاب کنید . |
2 | از جعبه ابزار Graphics برای دریافت نمای رضایت بخش استفاده کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای View 3D ، بخش View را پیدا کنید . |
4 | تیک گزینه Lock camera را انتخاب کنید . |
بعد، نما را روی نمودار سرعت اعمال کنید.
سرعت (spf)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Velocity (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | از لیست View ، View 3D 3 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی  Plot کلیک کنید . |
برای تجسم واضح تر، می توانید این گروه نمودار را کپی کنید و لبه های هندسی و برش سرعت را بردارید و به جای آن یک سطح دما در قسمت بیرونی اضافه کنید.
سرعت و دمای بیرونی
1 | روی Velocity (spf) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، سرعت و دمای بیرونی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید. |
3 | روی Velocity and Outside Temperature کلیک راست کرده و Move Up را انتخاب کنید . |
4 | روی Velocity and Outside Temperature کلیک راست کرده و Move Up را انتخاب کنید . |
تکه
1 | در پنجره Model Builder ، گره Velocity و Outside Temperature را گسترش دهید . |
2 | روی Results>Velocity and Outside Temperature>Slice کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید . |
3 | برای تایید روی Yes کلیک کنید . |
سطح 2
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  More Datasets کلیک کنید و Surface را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 55، 95 و 108 را انتخاب کنید. |
سرعت و دمای بیرونی
در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Velocity and Outside Temperature کلیک کنید .
سطح 1
1 | در نوار ابزار Velocity and Outside Temperature ، روی  Surface کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Surface 2 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
سرعت و دمای بیرونی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity and Outside Temperature کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Color Legend را پیدا کنید . |
3 | از لیست Position ، Right double را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار Velocity and Outside Temperature ، روی  Plot کلیک کنید . |
استرس (جامد)
نمودار آخر تنش فون میزس و توزیع تغییر شکل در ظرف را نشان می دهد. برای بازتولید شکل 5 ، View 3D 3 را اعمال کنید .
1 | در پنجره Model Builder ، روی Stress (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | از لیست View ، View 3D 3 را انتخاب کنید . |
جلد 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Stress (solid) را گسترش دهید ، سپس روی Volume 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، GPa را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار استرس (جامد) ، روی  Plot کلیک کنید . |
