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Hallo liebe Abaqus-Gemeinde,

ich möchte für meine Bachelorarbeit die Wärmeverteilung zwischen zwei Bauteilen mit Abaqus simulieren.
Dabei soll zunächst nur Wärmeleitung betrachtet werden.

Das Modell besteht aus einer dünnen (Durchmesser: 0.07 mm, Länge: 12.46 mm) Borste, die einen Würfel (vereinfachter Ausschnitt eines Rotors) mit der Seitenlänge 8 mm im Zentrum einer Seitenfläche berührt.

Als Anfangstemperatur habe ich über den Predefined Field Manager in beiden Bauteilen eine Temperatur von 313.15 K eingestellt.

Im ersten Step (transient, 15 s) wird über einen Body heat flux sowohl in die Borstenspitze als auch in einen gleich großen Bereich (Borstendurchmesser, Tiefe: 1E-5 m) unterhalb der Borste im Rotor für 15 s 1.46E+011 J/ (s m^3) Wärme eingebracht. Außerdem ist in diesem Step eine surface-to-surface contact Interaction zwischen Borstenspitze und Rotor aktiv, mit der untersucht werden soll, zu welchen Anteilen sich die Wärme, die in der Realität durch Reibung entsteht, in Borste bzw. Rotor verteilt. Daher habe ich als Interaction Property (Contact -> Thermal Conductance, clearance-dependecy data) einen sehr hohen Wert für Conductance von 1E6 (Clearance: 1E-6) gewählt.

Im zweiten Step (transient, 1000 s) sind die beiden Loads und auch die Interaction auf inaktiv gestellt, so dass sich in Borste und Rotor eine einheitliche Temperatur einstellen kann, mit der dann die jeweilige Wärmemenge bzw. Wärmeverteilung berechnet werden soll.
Im Rotor scheint die Simulation plausible Werte zu liefern, doch die Borste kühlt sich ausgehend von der Borstenspitze rapide ab, bis sich schließlich eine unmögliche Temperatur von minus mehreren 1000 Grad Kelvin einstellt.

Ich habe bereits untersucht, ob dieses für mich und meinen Betreuer unerklärliche Verhalten mit der Bauteilgeometrie zusammenhängen könnte und deshalb das Modell hochskaliert und eine rechteckige „Borste“ ausprobiert, doch stets fielen die Temperaturen in der Borste im Step 2.

Ich wäre sehr dankbar, wenn mir jemand weiterhelfen könnte!

Viele Grüße
Philippa

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Mhh, schwer zu sagen warum das passiert.
Überprüfe mal das Stabilitätskriterium für thermische Analysen:
siehe Abaqus Users Manual 6.5.2 Uncoupled heat transfer analysis - Spurious oscillations due to small time increments

Ansonsten könntest du mal die .inp hochladen.

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Ein gerne genommener Fehler bei thermischen Analysen sind inkonsistente Einheitensysteme

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Borste_Rotor-Waermeverteilung.txt

Vielen Dank für die ersten Hinweise!

Anbei die .inp...

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@Philippa
Lass mal den Kontakt im 2. Step aktiv, dann funktioniert es.

Eine Erklärung warum es ohne den Kontakt nicht funktioniert kann ich dir aber nicht geben. Mich wundert das Verhalten auch etwas...

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@Mustaine

Ja, wenn man die Kontakt-Interaction über beide Schritte aktiviert lässt, stellt sich in beiden Bauteilen die selbe Temperatur ein. Damit kann ich dann aber nicht, wie gewünscht, die ursprüngliche Wärmeverteilung bestimmen...

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Borste_Rotor-Waermeverteilung-2D.txt

Ich habe nun ein 2D – Modell zur weiteren Vereinfachung der Fragestellung modelliert (s. .inp):

Borste und Rotor werden darin durch zwei unterschiedlich große Shells verkörpert, wobei ich die Abmessungen vergrößert habe (Rotor – Quadrat: 0.5 x 0.5 m; Borste – Rechteck: 1 x 0.05 m). Die Interaction habe ich genauso wie im 3D – Modell implementiert. Die Steps bleiben ebenfalls wie gehabt. Lediglich bei den Loads habe ich anstatt der Body heat fluxes nun Surface heat fluxes (1.46E+006 W/ m^2) verwendet.

Der Effekt, dass sich die Borste von der Berührfläche beginnend im zweiten Step rapide abkühlt, bleibt jedoch unverändert erhalten.

Gibt es noch eine andere Möglichkeit die Wärmeverteilung nach Step 1 zu bestimmen?

@ Mustaine
Das Stabilitätskriterium habe ich inzwischen überprüft. Daran lag es leider ebenfalls nicht.

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