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HeizwendelmitWarmesenke.jpg

Hallo Leute,

ich beschäftige mich gerade mit Strahlungssimulationen in Abaqus.
Es geht um Infrarotstrahler, wobei eine Heizwendel (siehe angehangenes Bild) mit Strom durchflossen wird und auf Grund der Joulschen Heizung zu Glühen beginnen.
In Abhängigkeit der Temperatur und Oberflächenstruktur der Heizwendel wird dabei Strahlung emittiert.
Dieses Verhalten möchte ich in Abaqus simulieren.

Die Simulation zerfällt wohl in 2 Teilsimulationen:
Simulation 1. gekoppelte thermo-elektrische Verformungssimulation (coupled structural-thermal-electric): Verformungs- und Temperaturermittlung des stromdurchflossenen Leiters und
Simulation 2. Temperatur-Strahlungs-Kopplung: Ermittlung des spektralen Emissionsgrades des Leiteraufbaus.

Schon bei der Simulation 1, die zum Standardumfang von Abaqus gehört, ergibt sich ein Problem:
2. Die Heizwendel ist gewalzt, d.h. dass sie sich je nach Walzrichtung in eine bestimmte Richtung verformt.
Frage 1: Wie kann ich die Verformung wirklichkeitsgetreu nachbilden?
Ich habe schon die Möglichkeit in Abaqus entdeckt, die Materialrichtung z.B. von Compositmaterialien vorzugeben, wäre das ein Ansatzpunkt?

Bei Simulation 2 stehe ich noch komplett auf dem Schlauch.
Frage 2: Ist es in Abaqus überhaupt möglich, so ein Verhalten nachzubilden und zu simulieren?
Wenn ja, wie?
Wenn nein, gibt es ein anderes Programm dafür? Ich habe Hinweise gefunden, dass eine derartige Simulation mit Hilfe der "Finite-Differenzen-Methode im Zeitbereich" mit dem Programm "FDTD Solutions" von Lumerical möglich ist, kennt sich damit jemand aus?

Vielen Dank im Voraus,

Ziu

[Diese Nachricht wurde von Ziu am 17. Mrz. 2014 editiert.]

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Zu Frage 1:
Richtungsabhängiges Materialverhalten kann auf verschiedene Art und Weise modelliert werden.
z.B.: Orthotropes Material (Spezialfall der Anisotropie)
z.B.: Anisotropes Material
z.B.: Ingenierskonstanten für die drei Koordinatenrichtungen.

Materialorientierungen können den einzelnen Bauteilen zugewiesen werden.

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Heizstab.jpg

Hallo Seidel,

vielen Dank für deine Antwort.
Ich habe jetzt mal eine Materialrichtung vorgegeben und einen Stab (siehe Bild) erhitzt, jedoch verformt er sich nicht, egal welche Materialrichtung ich definiere. Er dehnt sich lediglich aus.

Deswegen meine Frage 3:
Wie schaffe ich es, dass sich der Heizstab in x- bzw. z-Richtung verformt (ähnlich eines Bimetallstreifens)?

Vielen Dank,

Ziu

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Hallo,

Bei den "Abaqus example problems" gibt es unter 7.2.1 ein Fallbeispiel für einen stromdurchflossenen Leiter und der daraus folgenden Erwärmung.
Unter 5.1.5 gibt es den zweiten Schritt zum Thema Wärmeübertragung.

Damit sollte das Problem eigentlich lösbar sein.

Den Punkt mit dem "jedoch verformt er sich nicht" verstehe ich nicht.
Wenn ich ein Material erhitze dehnt es sich aus (eine Verformung).

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Hallo Seidel,

danke für deine Antwort.
Das Problem, auf das sich Frage 1 bzw. 3 bezog, ist bereits gelöst.
Da die Dicke der Heizwendel viel kleiner im Vergleich zu ihren restlichen Abmaßen ist, und sie beidseitig fest gelagert ist, kommt es bei Erwärmung zu Kräften, die Knicken verursachen.

Es ist also nur noch Frage 2 offen: Wie kann man den spektralen Emissionsgrad einer beliebigen Oberfläche in Abaqus simulieren?

Viele Grüße

Ziu

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