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Hallo Forum,

ich arbeite mit ABAQUS 6.4-1 und habe folgendes Problem: Ich möchte die Eigenspannungen simulieren, die bei einem Schweißprozess zweier Zylinder (einer aus Stahl, einer aus Hartmetall, stirnseitig verschweißt) während des Abkühlens entstehen.

Nun stellen sich mir folgende Fragen:

1.Welche Materialdaten sind erforderlich? Reichen E, ν, α und die Wärmeleitfähigkeit der Materialien?
2.Ist es sinnvoll die beiden Bauteile als ein Part zu modellieren und über verschiedene Sections die unterschiedlichen Eigenschaften zu zuweisen? Oder besser als 2 Bauteile und diese dann im Assembly Modul zusammenzubauen und im Interaction Modul über die Connector Funktion „Weld“ zu „verschweißen“?
3.Ich möchte den Abkühlvorgang von 1400 °C bis 400 °C mit einer vorgegebenen Zeit simulieren (Abkühlen von 1400 °C auf 400 °C innerhalb von x Sekunden).
4.Versuche das ganze mit Coupled temp-displacement zu rechnen – ist das der richtige Weg oder gibt es Alternativen?
5.Habe im Load Modul unter BC eine Starttemperatur von 1673 °K (1400 °C) definiert. Im Step Modul (Typ: ebenso Coupled temp-displacement) bin ich mir unsicher was ich unter Basic und Incrementation definieren soll. Wie kann ich im Initial Step eine Starttemperatur von 1673 °K (1400 °C) definieren?
6.Weiterhin habe ich im Load Modul unter Load als Typ Surface Heat Flux ausgewählt um den Abkühlvorgang zu definieren. Bin mir hier aber ebenfalls unsicher was hier unter Magnitude eingeben soll (Endtemperatur oder flächenbezogenen Wert)? Muss ich jetzt meine unter BC definierte Starttemperatur auf „inaktiv“ Stellen? Wenn ja, wie geht das?

Bin ABAQUS-Einsteiger und für jeden Hinweis dankbar. Schon mal Danke an alle die sich durch meinen „Roman“ quälen.

Gruß
Daniel

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1. Wenn Du transient rechnest, benötigst Du noch die spezifische Wärmekapazität. Falls große Spannungen entstehen, solltest Du auch noch über eine Fließkurve nachdenken.....
2. Hängt halt stark von Deiner Schweißverbindung ab.
3. Warum mit einer vorgegebenen Zeit? Kühlen sich die Teile nicht gleichmäßig ab? (evtl. stationär anstelle von transient rechenbar?)
4. Sollte schon richtig sein.
5. Im Load Modul über "Field"
6. Heat Flux ist eine Wärmeleistung! Was Du benötigst, ist eine Endtemperatur (für den stationären Fall) oder eine Konvektionsrandbedingung (für stationären oder transienten Fall)

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Hallo Daniel,

Deine Fragen:
1. Die Dichte der Materialien brauchst Du auch.
2. Wenn Du beide Bauteile in einem Part hast, sind sie von Anfang an verbunden. Du willst sie aber im warmen Zustand erst verbinden, das ist ein Unterschied. Daher zwei eigenständige Parts erzeugen.
3. Das machst Du über die Definition Deines Steps, in dem Du die Zeit vorgibst.
4. Gekoppelt rechnet man nur selten, zum Beispiel wenn aus der Mechanik Wärme entsteht, die berücksichtigt werden muß. Ansonsten ist es immer einfacher sequentiell zu rechnen, also zuerst nur die Wärmeleitung und dann die Strukturanalyse mit dem zuvor ermittelten Temperaturfeld als Randbedingung (hier "predefined field").
5. In der Wäremerechnung gibst Du die Ausgangstemperatur als "intial condition" vor, definierst Wärmeübergänge usw. und mit welcher Rate sich die Temperatur ändern darf, zB. nicht mehr als 5 Grad pro Increment.

Ein Ablaufschema:

Teile Deine Rechnung in logische Steps auf, benütze diese Einteilung für beide Modelle (thermisch und strukturell) mit gleicher zeitlicher Einteilung.

Thermomodell:
Wenn sich die Kontaktfäche der Bauteile nicht nennenswert verändert, klebe sie einfach mit *Tie zusammen, dann rechnest Du z.B. in folgenden Steps:
Step 1 - Aufheizen der Bauteile
Step 2 - Verschweissen der Teile
Step 3 - Abkühlen

Spannungsanalyse:
Definiere normalen Kontakt zwischen den Bauteilen (kein *Tie), erlaube dabei normale und tangentiale Relativbewegungen.
Dann:
Step 1 - Aufheizen
Step 2 - Verschweissen
In diesem Step ersetzt Du den zuvor definierten Kontakt durch einen neuen Kontakt, dieses Mal mit den Eigenschaften "rough" und "no separation", damit werden die Teile effektiv miteinander verschweißt.
Step 3 - Abkühlen

Gruß,
M.

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Vielleicht sollte man am Anfang klären ob überhaupt eine therm. Rechnung notwendig ist. Was ist den das Ziel der Analysen? Was willst du am Ende wissen?

Wenn du nur die mech. Belastungen durch das Abkühlen von Temp. A nach Temp. B haben willst, kannst du diese Temperaturänderung auch einfach in einer mech. Rechnung vorgeben. Dafür braucht man keine therm. Rechnung.

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Hallo zusammen,

vielen Dank für die umfangreiche Unterstützung. Sehe nun schon viel klarer.

Hier noch mal präziser was ich eigentlich will: Die Schritte Aufheizen und Verschweißen sind mir eigentlich egal. Ich möchte erst ab 1400 °C mit meiner Rechnung einsteigen. Zu diesem (spannungsfreien) Zeitpunkt erstarrt die Schmelze, beide Fügepartner haben die maximale Ausdehnung und fangen nun an, sich durch den Abkühvorgang zu verspannen (stark unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten). Die Abkühlkurve (von 1400 °C auf 400 °C innerhalb von x Sekunden kenne ich durch Messungen). Interessant sind für mich nur mech. Belastungen.

Mustaine, könntest du deinen Vorschlag etwas detaillierter beschreiben?

Danke und Gruß
Daniel

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Ich glaube Mustaine meint folgendes:
1. Material mit Wärmeausdehungskoeffizient
2. Über Predefined Field Anfangstemperatur definieren (1400°C - Initial Step)
3. modify Predefined Field im nächsten Step auf bsp. (400°C)

Dies ist eine rein mechanische Analyse, einfach durchzuführen ohne viele Materialkoeffizienten. Wenn Dich nur die resultierenden Spannungen interessieren - also stationäre Zustände, ist diese Methode m.E. vorzuziehen.

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Wenn Deine Abkühlung gleichmäßig über beide Bauteile von 1400°C auf 400°C geschieht, dann brauchst Du den thermischen Schnickschnack in der Tat nicht.
Für die mechanischen Beanspruchungen wird aber die Modellierung der Schweißnaht ausschlaggebend sein. Da musst Du wahrscheinlich den größten Teil des Preprocessings reinstecken.....
Ist das Model rotationssymmetrisch?

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Nur um das nochmal kurz zu verdeutlichen: Du kannst jedem Körper eine eigene Anfangstemp. geben und jedem Körper eine eigene Zieltemperatur. Wie das geht wurde ja schon erklärt.

Wie die Zieltemp. über die Zeit angesteuert wird kannst du durch Vorgabe einer eigenen Amplitude (bei Punkt 3 von Andreas) definieren. Die Frage ist aber ob das notwendig ist. Wenn du statisch rechnest wird es nämlich keine Rolle spielen auf welchem Weg das Endergebnis erzielt wird. Und der Wärmeausdehnungskoeffizient ist sowieso nicht zeitabhängig...

Hilfreich ist noch wenn du im Step-Modul bei Field Output Request zusätzlich die Knotentemperatur NT in die odb schreiben lässt. Dadurch kannst du im Postprocessing nochmal kontrollieren ob deine Vorgaben für die Temperatur richtig waren.

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