آموزش تحلیل های ترمومکانیکال در آباکوس

در بسیاری از مسایل مهندسی، برای بررسی رفتار دقیق سازه، باید انتقال حرارت موجود در آن مورد بررسی قرارگیرد و در محاسبات لحاظ گردد. علت این امر اثری است که تغییرات دما بر روی خواص مکانیکی سازه ها می گذارد. برای مثال افزایش حرارت در آلیاژ های فولادی، سبب کاهش مقدار مدول یانگ در آنها و در نتیجه کاهش سختی سازه می شود. از جمله مسایل مهندسی که محاسبه دقیق میدان دما در آنها از اهمیت ویژه ای برخوردار است، می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• تحلیل های جوشکاری نظیر جوشکاری FSW و ذوبی
• تحلیل های شکل دهی حجیم نظیر اکستروژن گرم و نورد گرم
• تحلیل تنش های حرارتی ایجاد شده در محفظه احتراق موتور جت
• تحلیل رفتار سازه های فولادی تحت اثر آتش سوزی
• تحلیل فرآیند های ماشین کاری نظیر برش کاری و فرزکاری

برای شبیه سازی دقیق موارد فوق الذکر، باید تحلیل به صورت ترمومکانیکال انجام شود. اما تحلیل های ترمومکانیکال خود به سه دسته تحلیل های کوپل، غیر کوپل و آدیاباتیک تقسیم می شوند. در ادامه هر یک از این موارد با ذکر مثال توضیح داده شده اند.

تحلیل های ترمومکانیکال غیرکوپل

در این نوع تحلیل ها میدان تنش متاثر از میدان دما است اما میدان دما متاثر از میدان تنش نیست یا فرض می شود ( تقریب زده می شود. ) که نیست. برای مثال می توان به تحلیل تنش های حرارتی ایجاد شده در محفظه احتراق موتور جت و یا تحلیل جوشکاری ذوبی اشاره نمود. برای شبیه سازی این نوع مسایل در نرم افزار آباکوس، در ابتدا باید یک تحلیل انتقال حرارت با استفاده از استپ heat transfer انجام شود. سپس باید در یک مدل دیگر که در آن از استپی نظیر dynamic explicit یا static general استفاده شده است، نتیجه حاصل از تحلیل مدل اول، به عنوان شرط اولیه مدل دوم قرار گیرد.

تحلیل ترمومکانیکال کوپل

در این نوع تحلیل ها، نه تنها میدان تنش متاثر از میدان دماست، بلکه میدان دما نیز متاثر از میدان تنش است. در این خصوص می توان به برخی از فرآیند های شکل دهی نظیر فرآیند اکستروژن یا فورج که در آنها افزایش دما در قطعه کار نقش مهمی در فرآیند بازی می کند، اشاره نمود. وابستگی میدان تنش به میدان دما به این صورت است که تغییر دما در جسم، سبب تغییر خواص مکانیکی آن اعم از مدول یانگ و خواص پلاستیک می شود. از سوی دیگر با ایجاد کرنش پلاستیک و در نتیجه کار پلاستیک در ماده، بخشی از این کار پلاستیک به گرما تبدیل می شود که سبب افزایش دمای محلی در قطعه کار می شود. هر دو حلگر های سازه ای اباکوس قابلیت انجام تحلیل های کوپل دما و جابجایی را دارند.

تحلیل های ترمومکانیکال آدیاباتیک

این تحلیل ها تشابه زیادی با تحلیل های ترمومکانیکال کوپل دارند با این تفاوت که زمانی یک فرایند به صورت آدیاباتیک انجام می شود که مدت انجام فرایند بسیار کوتاه است که سبب می شود تا حرارت تولیدی ناشی از تبدیل کار پلاستیک به گرما، فرصت پخش شدن و نفوذ در بقیه نواحی جسم را نکند. در این خصوص می توان به فرآیند های فرزکاری و برش کاری(cutting) اشاره کرد.

در این مجموعه آموزشی، در ابتدا نحوه انجام تحلیل های حرارتی گذرا و پایا با استفاده از نرم افزار آباکوس آموزش داده می شود. سپس نحوه انجام تحلیل های ترمومکانیکال غیرکوپل با ذکر مثال آموزش داده می شود. در نهایت نیز به تحلیل های ترمومکانیکال کوپل پرداخته می شود و نحوه انجام این تحلیل ها با ذکر مثال آموزش داده می شود.