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Hallo,
ich übe mich gerade in der Temperaturfeldsimulation. Die Problemstellung ist eigentlich simpel: Einer dünnen, zylindrischen Platte sollen an deren Oberfläche verschiedene Wärmeübergangskoeffizienten angefügt werden. An einer Stelle wird die Platte durch einen Fluidstrom erhitzt. An dieser Stelle wird ebenfalls ein WÜK angefügt. Die Simulation soll nun das entstehende Temperaturfeld liefern.
Ich hab mich durch die Manuals geklickt, hab aber leider nirgends ein für mich nachvollziehbares Beispiel gefunden. Kann mir jemand einen Tip geben, wie ich mich der Sache am besten annähere? Oder kann mir jemand eine Beispieldatei zur verfügung stellen, so dass ich die Eingaben nachvollziehen kann?

Bin für jeden Tipp dankbar!
Gruß
Oliver

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Die Sache ist recht leicht, sofern du die Materialdaten und die Wärmeübergangskoeffizienten hast.

Du gibst deine Materialdaten dem Bauteil mit. Wichtig sind naturlich die thermischen Eigenschaften und die Dichte.

Im Step Modul erstellst du einen Heat Trasfer Step, welcher entweder Transient oder Steady-State ist.

Im Interaction Modul erstellst du dann die Surface Film Condition. D.h. du gibst vor auf welcher Fläche ein imaginäres Medium mit einer vorgegebenen Temperatur anliegt und wie hoch der Wärmeübergangskoeffizient zwischen dem imäginären Medium und deinem Bauteil ist. Das geht natürlich mit heißen Medien als auch mit Eigenschaften die die Raumtemperatur und eine entsprechende Wärmeabgabe an diese darstellen.
Das mächst du für alle notwendigen Flächen. Ggf. müsst du Flächen noch partitionieren um sie in einzelne Teilflächen aufzuspalten.

Im Load-Modul kannst du noch die Anfangstemp. deines Bauteils oder andere therm. Lasten und Randbedingungen vorgeben.

Im Mesh Modul musst du dann natürlich Elemente mit thermischen Freiheitsgrade verwenden (DC....), aber das sollte dann schon voreingestellt sein.

Schaue dir mal im Example Problems Manual das Kapitel 5 an. Das Beispiel 5.1.3 sollte für den Anfang recht hilfreich sein.

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Hallo und Danke für deine Antwort,
Das Modell zu partitionieren und die Materialeigenschaften zuzuordnen (Wärmeleitung, Wärmekapazität, Dichte) bereitet mir keine Schwierigkeiten.

Bei der Zu**********r Wärmeübergangskoeffizienten und der Loads sowie Boundary Conditions, steige ich leider noch nicht ganz durch.

Das Bauteil soll durch einen Ölstrahl erwärmt werden. Definiere ich diese Erwärmung unter "Load" oder unter "Interactions"?

Kann ich die Anfangstemperatur des Bauteils unter "BC" festlegen?

Danke für alle Antworten!

Gruß
Oliver

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Die Anfangstemp. des Bauteils legst du im Load-Modul fest. Das fällt unter "Predefined Field".

Als "BC" kann man Knoten an der Oberfläche eine vorgeschrieben Temp. geben. Ich bin mir nicht ganz sicher, aber ich glaube dass diese Temp. sofort an den Knoten anliegt wenn du Transient rechnest bzw. als Ramp linear mit der Zeit hochgefahren wird wenn du Steady-State rechnest.

Wie du deine Belastung definierst hängt davon ab welche Daten du hast. Üblicherweise hat den "Heat Flux" (Load im Load-Modul) nicht als bekannte Last. Meistens hat man das von mir beschriebene Szenario, dass man einen Virtuellen Körper oder ein Virtuelles Medium mit einer bestimmten Temp. am Bauteil anliegen hat und den Wärmeübergangskoeffzient kennt. Da man damit die Belastung über einen (virtuellen) Kontakt aufbringt, findet man das als "Surface Film Condition" im Interaction-Modul.

[Diese Nachricht wurde von Mustaine am 11. Okt. 2006 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Mustaine am 11. Okt. 2006 editiert.]

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Hallo Mustaine,
erstmals Danke für dein Bemühen!

ich bin schon ein gutes Stück weiter gekommen. Ich habe unter den Predefined Fields eine Anfangstemperatur von 23° vorgeben können. Mit den "Surface Film Conductions" konnte ich auch eine Erwärmung simulieren.
Das Ergebnis scheint auch recht stimmig. Es gibt allerdings noch eine Sache, die mich stutzig macht:
Obwohl ich eine Simulationsdauer von 60 Sekunden gewählt habe, findet um die Wärmeeinleitungsstelle kaum eine Erwärmung statt. Es scheint so, als ob die Wärmeleitung lediglich in Richtung der Plattendicke funktioniert. Kann es sein, dass es etwas mit der Partitionierung zu tun hat? Ich schließe das eigentlich aus, da ich die Partition als "Face", also nur auf der Oberfläche erstellt habe. So dürfte das Bauteil in sich gar keine Trennung aufweisen.

Danke für alle Antworten!

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Mit der Partitionierung wird es wohl nichts zu tun haben, denn üblicherweise wird ein homogenes Netz über Partitionsgrenzen hinweg erstellt. Und das Netz ist ja für die Berechnung entscheidend.

Für therm. Analysen können 60s eine kurze Zeit sein. Kann es sein, dass die Zeit nicht ausreichend ist um eine Ausbreitung der Wärme zu erzielen? Das hängt natürlich auch mit der vorgegbenen Wärmeleitfähigkeit des Bauteiles zusammen.

Letztendlich kann ich dir nicht sagen ob deine Ergebnisse ok oder nicht ok sind. Du kannst höchstens die inp anhängen und ich könnte schauen ob darin Modellierungsfehler enthalten sind.

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Aufheizvorgang.txt

Hallo Mustaine,
ich konnte die Datei nur als .txt speichern. Schonmal danke für die Mühe!

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Mein erster Gedanke war auch, dass ich die Wärmeleitfähigkeit zu gering angesetzt habe. Komischerweise verändert sich das Ergebnis jedoch kaum, wenn ich die Wärmeleitfähigkeit verändere, oder es erscheint eine Fehlermeldung.

Danke für die Mühe!

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Mit Deinen Einheiten passt etwas nicht. Wärmeleitfähigkeit ist viel zu klein und die Wärmeübergangskoeffizienten sind viel zu hoch, wenn ich das auf den ersten Blick richtig sehe. Dass die Einheiten in einigen Potenzen nicht stimmen, kann man auch daran sehen, dass die minimalen Temperaturen stark unter 23 fallen.
Bei einer Testrechnung kam bei mir eine großflächigere Temperaturverteilung heraus.
Meine Werte:
- Dichte: 7.8e-9
- Kapazität: 4.5e8
- Leitfähigkeit: 16.2
- Alpha1: 0.1
- Alpha2: 0.002

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Hallo Mustaine,
du hast Recht, daran wird es wohl liegen!
Ich werde mich mal daran machen eine Übersicht über die Consistent Units zu machen. Die Umrechnung der Einheiten werde ich dann hoffentlich noch hinbekommen.
Für deine Hilfe an dieser Stelle nochmal ein Dickes Danke, warecht schon am Haare raufen!

THX

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Öhmmm, der Hinweis auf den Fehler kam nicht von mir. Aber trotzdem danke... 

Der Hinweis ist aber richtig. Wenn du dann das mit den Einheiten korrigiert hast und am Anfang der Rechnung Konvergenzprobleme auftauchen, solltest du das Startinkrement stark zurücknehmen.

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Uups, sorry da hab ich gar nicht genau hingesehen!
Dank an Maccias!
Ich kann bisher zwar noch nicht genau nachvollziehen, wie du die Einheiten konvertiert hast, aber ich denke ich werde das raus bekommen.

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Ich hab mir das System [N,mm,sec] angewöhnt. Die Masse ist dann zwar in Tonnen angegeben, und das Ganze ist vielleicht auch nicht unbedingt für thermische Rechnungen zu empfehlen, aber in der Strukturmechanik ist das eigentlich Standard.
Der Tipp mit Anfangsinkrement und minimaler Schrittweite war übrigens richtig! Hatte ich doch glatt vergessen zu erwähnen......

[Diese Nachricht wurde von Maccias am 13. Okt. 2006 editiert.]

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Hallo,
ich habe mich jetzt mit der Umrechnung der Einheiten beschäftigt.

Wärmeübergangskoeffizient: 1W/m²K=10-³ mW/mm²K
Wärmeleitfähigkeit: 1W/m*K=1mW/mm*K

Wärmekapazität:1J/g*K=2,76 mJ/mm³*K    (mit Roh=2,76g/cm³)

Dichte: 1g/cm³= 1*10hochminus9 t/mm³

Dabei wundere ich mich über die große Abweichnung bei der Wärmekapazität. Hab ich etwas grundlegendes vergessen zu beachten?

Nochmals danke für die Mühe.

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Das mit der Wärmekapazität kann nicht stimmen!
Aber 1g durch 2,76cm³ (wenn überhaupt dann 1/2,76) zu ersetzen muss zu einem Fehler führen. Dann müsstest Du ja auch Deine Dichte anders angeben, oder???
Ich empfehle auf jeden Fall immer entweder in N,mm,sec,K oder in kg,m,sec,K zu rechnen, also auch W und J aufzulösen! Das ist übersichtlicher.

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Abaqus fordert von mir eine Eingabe der Wärmekapazität in der Einheit mJ/mm³K, Stoffwerte werden üblicher weise in J/gK angegeben. Die Umrechnung von g in mm³ muss ich doch zwangsläufig über die Dichte des Materials vornehmen!
Wie sollte ich anders den bezug zwischen Volumen und Masse herstellen?

Danke für jegliche Anregeungen!

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ABAQUS fordert gar keine Einheiten. Du musst auf deine Eingaben achten.

Wie Maccias schon gesagt hat, zerlege W und J weiter in deine Basiseinheiten (z.B. mm, t, s, K). Am Ende sollte jede deiner Eingabe nur aus diesen Basiseinheiten bestehen. Dann hast du die richtigen Eingaben (sofern du korrekt umgerechnet hast).

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Mir ist schon klar, dass es nicht erforderlich ist Einheiten anzugeben. Lediglich das Verhältnis der Einheiten untereinander muss Konsistent sein.
Deshalb ist es meines Erachtens auch nicht notwendig bei der Umrechnung von J/g *K in mJ/mm³*K die Einheit Joule aufzulösen. Das einzige problem besteht für mich darin, die Einheit g (Gramm) in mm³ umzurechnen. Dies kann nur über die Dichte erfolgen.
Mit einer vorgegebenen Dichte von 2,76g/cm³ erhalte ich:
1g = 362,32mm³.

In die Ausgangseinheit J/g*K ersetzte ich nun g durch 362,32mm³.
Als neue Gleichung erhalte ich:

J/362,32mm³*K

um nun auf die geforderte Einheit von mJ/mm³+K zu kommen ist es notwendig die mJ hinzubekommen:

Also:

10³ mJ/362,32mm³*K, oder eben 2,76 mJ/mm³*K

Bin am verzweifeln! Wo liegt mein Fehler?

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Du kannst g nicht durch mm³ ersetzen! Du musst g durch tonne ersetzen! Oder durch kg, je nachdem welches System Du verwendest.......

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Das ist meines Erachtens so nicht richtig:

Ich ersetze ja nicht einfach g durch mm³. Ich stelle über die Dichte des Materials eine Beziehung zwischen diesen beiden Kenngrößen her; dies ist ja notwendig da die Konsistente Einheit für ABAQUS mJ/mm³*K lautet, die Werkstoffkennwerte werden ja in J/g*K angegeben.  

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Zitat:

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Original erstellt von OW:

Das einzige problem besteht für mich darin, die Einheit g (Gramm) in mm³ umzurechnen.
1g = 362,32mm³.
Wo liegt mein Fehler?

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Willst du wirklich, dass jemand zu dieser Gleichung einen Kommentar abgibt?

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Gruß,

Dominik

[Diese Nachricht wurde von Dominik.Mueller am 13. Okt. 2006 editiert.]

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Also nochmal: egal welches Einheitensystem Du verwendest, es muss immer konsistent sein!
g=mm³ ist definitiv falsch, Du darfst "ist gleich" nicht mit "entspricht" verwechseln!
Du musst g in Deinem System nur in tonne konvertieren, weil Dein System [mJ,mm,K], das absolut unüblich ist, dem System [tonne,mm,K,sec,N] entspricht.

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Ok,
ich denke ich kann etwas zur Klärung beitragen:
Ein Kollege arbeitet hier mit PERMAS, hier ist die konsistente Einheit für die Wärmekapazität mJ/mm³*K
Ich gehe aufgrund der bisherigen Äußerungen davon aus, dass die Eingabe in ABAQUS (im System, N,mm,t) demnach in deer Einheit N*mm/t*K erfolgt.

Danke für die Mithilfe zur Lösung des Problems, ich bin einfach davon ausgegangen, dass ABAQUS dieselbe Eingabe wie PERMAS verlangt.

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Zitat:

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Ein Kollege arbeitet hier mit PERMAS, hier ist die konsistente Einheit für die Wärmekapazität mJ/mm³*K

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Mit Permas kenne ich mich nicht aus. Aber es gibt nicht eine konsistente Einheit, sondern nur konsistente EinheitEN.

Zitat:

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Ich gehe aufgrund der bisherigen Äußerungen davon aus, dass die Eingabe in ABAQUS (im System, N,mm,t) demnach in deer Einheit N*mm/t*K erfolgt.

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Nein. Die Eingabe in ABAQUS kann im EinheitenSYSTEM [N,mm,sec,K] erfolgen, daraus ergibt sich dann für das Gewicht die Einheit tonne. Sie kann aber auch in jedem anderen konsistenten Einheitensystem erfolgen, z.b. [kg,m,sec,K]

Zitat:

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Danke für die Mithilfe zur Lösung des Problems, ich bin einfach davon ausgegangen, dass ABAQUS dieselbe Eingabe wie PERMAS verlangt.

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Mich würde mal interessieren wie die Oberfläche in Permas aussieht. Programme wie ABAQUS oder NASTRAN jedenfalls sind einheitenlos. Der Anwender muss eben darauf achten, dass er konsistente Einheiten verwendet. Daher würde ich eben, wie schon mehrmals angesprochen, das System [mm,sec,K, tonne] verwenden. Du musst dann alle Materialeigenschaften, Randbedingungen und Lasten aus diesen Einheiten bilden. Wenn Du mJ verwendest, dann musst Du auch Dichte, Wärmeübergang usw. in mJ angeben.....

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Ich denke mir ist mittlerweile durchaus klar, was ein konsistentes Einheitensystem ist.
Aber es stimmt auch mich nachdenklich, dass PERMAS die Wärmekapazität in dem Einheitensystem [mm,t,s,K] in mJ/mm³*K verlangt.
Dass es so ist, ist in dem PERMAS Users Reference Manual auf Seite 1-35 abgedruckt.

Danke für die Geduld mit mir! 

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Hallo,

ich arbeite mit PERMAS und ABAQUS.
und ja es ist tatsächlich so dass in ABAQUS die Wärmekapazität gewichtsbezogen ist (so macht es die ganze Welt), während PERMAS eine volumenbezogene Eingabe braucht (so ist es in PERMAS halt, wieso auch immer). Die Umrechnung erfolgt einfach mit der Materialdichte in t/mm3.
(Einheitensystem [mm, s, t] ). Schade dass ich deinen Beitrag nicht schon vorher gelesen habe.   

[Diese Nachricht wurde von lukasz am 16. Okt. 2006 editiert.]

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Hallo,
freut mich wirklich sehr, dass mich jemand hier bestätigt!
Ich hatte schon sehr an mir gezweifelt. Ist es nicht aber so,
dass ABAQUS die Wärmekapazität gewichtsbezogen berechnet und PERMAS volumenbezogen?

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Ah, jetzt wird mir einiges klarer! Da haben wir wohl etwas aneinander vorbeigeredet......
OK, wenn PERMAS eigene Kenngrößen verwendet, dann musst Du natürlich Deine Einheiten darauf ausrichten. Ergeben die Testrechnungen zwischen ABAQUS und PERMAS denn mittlerweile die gleichen Ergebnisse?

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Konstruktive Kritik wird immer gerne gesehen!

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Der obige Kommentar sollte eigentlich an anderer Stelle erscheinen.

Die Simulation wurde gar nicht in PERMAS durchgeführt. Mein Vorgänger hat jedoch mit ABAQUS etwas andere Ergebnisse erzielt. Ich frage mich woran dies liegen kann?

Was ist eigentlich der Unterschied zwischen den Standard und den Explicit Elementen? Bei den Standard Elementen gibt es eigene Heat Transfer Elemente, bei den Explicit Elementen gibt es lediglich Coupled Temperature- Displacement Elemente.

Demnach habe ich Standard Elemente, Quadratic verwendet. Als Element Shape kommt HEX, Reduced Integration zur Anwendung. Passen die Elemente zu meiner Anwendung?

Mein Netz habe ich über die BIAS funktion recht gut hinbekommen; daran sollte es also nicht liegen.

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Zitat:

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Original erstellt von OW:
...Ist es nicht aber so,
dass ABAQUS die Wärmekapazität gewichtsbezogen berechnet und PERMAS volumenbezogen?

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Ja Du hast natürlich recht ! Habs da oben auch schon editiert. 

vg
Lukasz

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