Плотность теплового потока

Рассматривается пример расчета теплового процесса во время сварки (имитация нагрева от сварочной дуги через нормально-круговой источник). Конструкция - плоская пластина. Сверху на нее задается плотность теплового потока по формуле нормально-кругового источника нагрева.

Нормально-круговой источник тепла задается по формуле:

где:

ΔX - перемещение по оси ОX;
k - коэффициент рассредоточенности, м^-2;
q - эффективная мощность сварочной дуги, Вт.

Графическое предоставление нормально-кругового источника:

Построение модели

1. Создайте параллелепипед.

На панели команд выберите модуль построения объёмной геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Объем, Действие — Создать).

Из списка геометрических примитивов выберите Параллелепипед.

Задайте размеры блока:

X (ширина): 0.1;
Y (высота): 0.1;
Z (глубина): 0.01.

Нажмите Применить.

2. Переместите объект.

На панели команд выберите модуль построения объёмной геометрии (Режим — Геометрия, Объект — Объем, Действие — Преобразовать).

Из списка операций выберите Переместить.

Задайте необходимые параметры:

ID объема(ов): all;
Поставить галочку: Включая сращенные;
Выбрать метод: Расстояние;
Расстояние по Х: 0.05;
Расстояние по Z: -0.005.

Нажмите Применить.

Построение сетки

1. На панели команд выберите модуль построения объемной сетки (Режим — Сетка, Объект — Объемная, Действие — Интервалы).

Укажите степень измельчения сетки:

Выберите из выпадающего списка: Задать размер;
Выбор объемов: all;
Примерный размер: 0.002.

Нажмите Применить.

Нажмите Построить сетку.

Задание материала и свойств блока

1. Создайте материал.

На панели команд выберите модуль задания свойств материала (Режим — Материал, Объект — Управление материалами).

В открывшемся виджете Управление материалами в средней колонке укажите имя материала "test".

В колонке свойств откройте список Общие и перетащите название Плотность в колонку Свойства материала. Затем в левой колонке перейдите в раздел Температурные свойства и перетащите Коэффициент удельной теплоемкости и Температурные свойства → Температурные изотропные → Коэффициент теплопроводности.

Заполните свойства следующим образом:

Плотность: 8000;
Коэффициент удельной теплоемкости: 500;
Коэффициент теплопроводности: 30.

Нажмите Применить.

Закройте окно Управление материалами.

2. Создайте блок.

На панели команд выберите модуль управления блоками (Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Добавить сущность в блок).

Задайте следующие параметры:

ID блока: 1;
Список сущностей: Объем;
ID объекта(ов): all.

Нажмите Применить.

3. Задайте параметры блока.

На панели команд выберите модуль управления блоками (Режим — Блоки, Объект — Блок, Действие — Свойства/параметры блока).

Задайте следующие параметры:

ID блока(ов): 1;
Категория: Объемное тело;
Материал: test;
Система координат: Глобальная декартова;
Порядок: 1.

Нажмите Применить.

Задание граничных условий

1. Задайте плотность теплового потока.

На панели команд выберите модуль задания граничных условий (Режим — Граничные условия, Объект — Тепловой поток, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

Список сущностей: Поверхность;
ID объекта(ов): 1;
Внешняя среда;
Поток: 1.

Нажмите Применить.

Задание начальных условий

1. Задайте начальную температуру.

На панели команд выберите модуль задания начальных условий (Режим — Начальные условия, Объект — Температура, Действие — Создать).

Задайте следующие параметры:

Список сущностей: Объем;
ID объекта(ов): all;
Значение: 20.

Нажмите Применить.

Задание зависимости ГУ

1. Задайте зависимость плотности теплового потока от времени.

На панели команд выберите модуль задания зависимостей ГУ (Режим — Зависимость ГУ).

В левой колонке выберите Тепловой поток и задайте следующие параметры:

Тип зависимости от времени: Вручную;
Введите формулу: 45 * 10^6 * exp(-95000 * ((x-(0.02 * t))^2+y^2)).

Нажмите Применить. Закройте окно Зависимость ГУ.

Запуск расчёта

1. Задайте тип задачи, которую требуется решить.

На панели команд выберите модуль настройки расчёта (Режим — Настройки расчёта, Настройки расчёта — Временной анализ, Временной анализ — Общие).

Выберите:

Размерность: 3D;
Метод: Полное решение;
Схема: Неявная;
Максимальное время: 5;
Число шагов: 50;
Модель: убрать галку с Упругость (стоит по умолчанию);
Модель: Теплопроводность.

Нажмите Применить.

2. Укажите в свойствах среды температуру.

На панели команд выберите модуль настройки расчёта (Режим — Настройки расчёта, Настройки расчёта — Временной анализ, Временной анализ — Свойства среды).

Выберите:

Температура: 20.

Нажмите Применить.

3. Задайте поля вывода.

На панели команд выберите модуль настройки расчёта (Режим — Настройки расчёта, Настройки расчёта — Временной анализ, Временной анализ — Поля вывода).

Выберите:

Выводить результаты: Каждые 50 шагов.

Нажмите Применить.

Нажмите Начать расчет.

4. В появившемся окне выберите директорию, в которой будет сохранён результат, и введите название файла.

5. В случае успешно проведённого расчёта в консоли отобразится сообщение: Calculation finished successfully at "date" "time".

Анализ результатoв

1. Откройте файл с результатами. Это можно сделать тремя способами.

Нажмите Ctrl+E.
В главном меню выберите Расчёт → Открыть результаты.
На панели команд выберите Результаты (Режим — Результаты, Результаты — Открыть результаты).

2. Для постпроцессорного анализа перейдите в окно FidesysViewer.

3. Отобразите компоненту Температура. На верхней панели установите следующие параметры:

Поле отображения: Температура;
Тип отображения: Поверхность.

Использование консольного интерфейса

Построение геометрии, генерацию сетки, задание граничных условий и материалов можно контролировать с помощью консольного интерфейса. Ниже приведён код реализации шагов программного обеспечения, описанных выше. Необходимо только самостоятельно указать полный путь и название сохраняемого файла.

Скрипт для пошагового примера