Смешаная деформационная и тепловая задача

[LiquidSnake 0]

Доброго всем времени суток!

Я довольно долгое время занимался моделированием процессов холодного деформирования в пакете Deform 3D. Проблем не возникало.

Недавно столкнулся с проблемой постановки задачи горячего деформирования. Ну, процесс достаточно прост в геометрическом плане, заготовка осаживается между двумя бойками.

Конечно же, хочется учесть все тонкости процесса, учитывая неоднородность распределения температур в материалах! (начальная температура заготовки 1600С, инструмента 400С).

Явно свойства заготовки в разогретом геометрическом центре бедет достаточно сильно отличаться от свойств этой же заготовки на захоложенной контактной поверхности.

Суть проблемы:

Коэффициент теплопередачи.

Deform 3D предлагает два варианта:

а) 1 при свободном контакте без усилия

б) 11 при непосредственном деформировании

Логика понятна, что при деформировании теплопередача больше.

Но проблема в размерности. как я понял размерность коэффициента теплопередачи в Deform 3D [ N/sec/mm/C ]

Эта размерность несовсем понятна.

При постановке анвлогичной задачи в пакете LS-DYNA, использовался (рекоммендуемый в литературе из опытов) коэффициент теплопередачи 15 кВт/(м^2*K) (при деформации),

и тепловая картина в итоге была достаточно близка к реальной.

если побаловаться с размерностью коэффициента теплопередачи Deform-а томожно получить:

N/sec/mm/C = если я правильно понимаю то что имеет в виду деформ, то: = (N/sec)/(mm/C) = ((N*m)/sec)/(mm*m/C) = (Дж/sec)/(m^2*C*10^-3) = кВт/(m^2*C)

но, сравнивая с результатами решения в пакете LS-DYNA, результаты сильно не совпадают. Хотя, конечно, характер и интенсивность изменения температуры в пакете LS-DYNA

отличается от того же в пакете Deform 3D, но сравнить можно. на правду больше всего похож коэффициент теплопередачи примерно 40 N/sec/mm/C .

лазил в англицкой литературе по Deform 3D и интернете, ничего вразумительного не обнаружил.

Подскажите пожалуйста, может вы знаете что-то, чего я не знаю?! :)

заранее большое спасибо.

[Tipok 0]

Тоже, в свое время, этим вопросом задавался и получил в итоге идентичную Вашей размерность (кВт/(m^2*C)). Чему этот коэффициент равен в реальности, насколько я понял, толком никто не знает и вообще он сильно меняется с изменением температуры заготовки и задавать его постоянным вообще некорректно.

З.Ы. 1600 градусов для заготовки не многовато ли?

[LiquidSnake 0]

Тоже, в свое время, этим вопросом задавался и получил в итоге идентичную Вашей размерность (кВт/(m^2*C)). Чему этот коэффициент равен в реальности, насколько я понял, толком никто не знает и вообще он сильно меняется с изменением температуры заготовки и задавать его постоянным вообще некорректно.

З.Ы. 1600 градусов для заготовки не многовато ли?

Конечно, вынужден согласиться, что не корректно.

Ну хотябы так!!! если даже его прото постоянным трудно задать, то что уже говорить про его зависимость от других параметров! :))

кстати по размерности, забыл написать, что, на мой взгляд, совсем странно, что в размерности деформа [ N/sec/mm/C ] присутствует сила N! зачем было таким образом выражать?! или там мат. модель по хитрому просчитывает?!...

Для молибдена - 1600 градусов - самое то! :)

[Tipok 0]

Конечно, вынужден согласиться, что не корректно.

Ну хотябы так!!! если даже его прото постоянным трудно задать, то что уже говорить про его зависимость от других параметров! :))

кстати по размерности, забыл написать, что, на мой взгляд, совсем странно, что в размерности деформа [ N/sec/mm/C ] присутствует сила N! зачем было таким образом выражать?! или там мат. модель по хитрому просчитывает?!...

Для молибдена - 1600 градусов - самое то! :)

Вообще в DEFORM есть штука, называющаяся Inverse Heat. Я так понял, что эта штука определяет распределение коэффициента теплоотдачи по времени по экспериментальным данным. Сам работать с ним не пробовал (просто нет желания, возможности и необходимости подобные эксперименты ставить), но парень из Тесиса мне рассказывал, что люди, кому этот коэффициент сильно нужен, подобные задачи решают.

[ccc44 53]

Величина, имеющая в системе СИ размерность Вт/(m^2*К) - к-т теплоотдачи используется

при расчете передачи тепла от газа или жидкости к твердому телу. В теории подобия ее

эквивалент - критерий Нуссельта.

По-видимому в Вашей задаче учитывается охлаждение эаготовки в окружающей среде,т.к.

передача тепла от заготовки к интсрументу - задача читсой теплопроводности.

Приближенная эмпирическая зависимость к-та теплоодачи между гладкой стенкой и воздухом:

а(альфа) = 5,6 + 4v [Вт/(m^2*К)]; v - скорость воздуха [м/сек].

[LiquidSnake 0]

Величина, имеющая в системе СИ размерность Вт/(m^2*К) - к-т теплоотдачи используется

при расчете передачи тепла от газа или жидкости к твердому телу. В теории подобия ее

эквивалент - критерий Нуссельта.

По-видимому в Вашей задаче учитывается охлаждение эаготовки в окружающей среде,т.к.

передача тепла от заготовки к интсрументу - задача читсой теплопроводности.

Приближенная эмпирическая зависимость к-та теплоодачи между гладкой стенкой и воздухом:

а(альфа) = 5,6 + 4v [Вт/(m^2*К)]; v - скорость воздуха [м/сек].

ммм... всегда коэффициент ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ, который хорактеризует тепловой поток от одного тнла к другому, имел размерность Вт/(m^2*К) !!!

в теплотехнике же это аналогичные понятия :)

И, кстати, критерий Нуссельта - определяет интенсивность КОНВЕКТИВНОГО теплообмена между поверхностью и средой (оч часто это воздух)!!!

Да, охлаждение тоже надо бы учитывать. Но разобраться бы с теплопередачей :)

в конвекции деформ предлогает ввести коэффициент конвективного теплообмена с окр.средой, размерность которого так же [ N/sec/mm/C ] !!!

Которая, мягко говоря, так же несовсем понятна!!!

У меня заготовка не обдувается, т.е. исходя из предложенной формулы: а(альфа) = 5,6 [Вт/(m^2*К)], интересно что бы это могло значить.

Деформ, для случая когда необдувается заготовка, на воздухе, предлогает коэффициент конвекции 0,01..0,02 [ N/sec/mm/C ] .

Разница на два порядка! согласитесь, есть над чем подумать! :)

По-видимому в Вашей задаче учитывается охлаждение эаготовки в окружающей среде,т.к.

передача тепла от заготовки к интсрументу - задача читсой теплопроводности.

Вынужден несогласиться!!!

сложно представить что задача теплообмена мезду заготовкой и инструментом - задача читсой теплопроводности!

ведь температура в одной точке на поверхности контакта у двех тел сильно различается!!!

хоть и стремятся к какой-то, с позволения сказать, "средней" температуре!!!

да и вообще, температурные поля сильно меняются... градиенты значительные... так что это совсем другой случай... :)

[ccc44 53]

Насчет конвекции, теплоотдачи и теплопередачи:

полистайте любой справочник по физике, лучше этот:

Х. Кухлинг. Справочник по физике. стр.204-208.

<noindex>http://www.kodges.ru/23979-sppavochnik-po-fizike.html</noindex>

djvu, 3?5МБ.

Ну, а задача Ваша действительно сугубо нестационарная.

Вероятно при таких температурах большую,

если не главную роль играет лучистый теплообмен.

Успехов!

[MLN78 0]

В случае охлаждения заготовки на воздухе рекомендуемый Deform коэффициент конвекции 0,01..0,02 [ N/sec/mm/C ] = 10…20 Вт/м2°С, относится только к конвекции (естественной и вынужденной). Кстати, вклад естественной конвекции в эту величину меняется в пределах 6-10 Вт/м2°С в диапазоне рассматриваемых температур (20-1200°С), остальное, наверное, списывается на «сквозняк» или определяется скоростью перемещения заготовки. Когда вы решаете тепловую задачу, вклад лучистого теплообмена по закону Стефана-Больцмана (там, где четвёртые степени температуры) учитывается (уже без вашего согласия), если вы назначили степень черноты материала (Material, Thermal, Emissivity). Для стали эта величина в базе Deform обычно 0,7 и равна приведенной степени черноты системы (для случая охлаждения в среду), входящей в формулу для определения коэффициента лучистого теплообмена. Всё вышеперечисленное проверено с использованием другого прикладного пакета, который специализируется только на тепловых расчётах – совпадение в решениях тепловых задач полное.

Что касается коэффициента теплопередачи в зоне контакта, то при свободном контакте без усилия 1=1000 Вт/м2°С и при непосредственном деформировании 11=11000 Вт/м2°С, что входит в диапазон значений рекомендуемых в литературе по ОМД.

Изменено 30 ноября 2009 пользователем MLN78

[LiquidSnake 0]

В случае охлаждения заготовки на воздухе рекомендуемый Deform коэффициент конвекции 0,01..0,02 [ N/sec/mm/C ] = 10…20 Вт/м2°С, относится только к конвекции (естественной и вынужденной). Кстати, вклад естественной конвекции в эту величину меняется в пределах 6-10 Вт/м2°С в диапазоне рассматриваемых температур (20-1200°С), остальное, наверное, списывается на «сквозняк» или определяется скоростью перемещения заготовки. Когда вы решаете тепловую задачу, вклад лучистого теплообмена по закону Стефана-Больцмана (там, где четвёртые степени температуры) учитывается (уже без вашего согласия), если вы назначили степень черноты материала (Material, Thermal, Emissivity). Для стали эта величина в базе Deform обычно 0,7 и равна приведенной степени черноты системы (для случая охлаждения в среду), входящей в формулу для определения коэффициента лучистого теплообмена. Всё вышеперечисленное проверено с использованием другого прикладного пакета, который специализируется только на тепловых расчётах – совпадение в решениях тепловых задач полное.

Что касается коэффициента теплопередачи в зоне контакта, то при свободном контакте без усилия 1=1000 Вт/м2°С и при непосредственном деформировании 11=11000 Вт/м2°С, что входит в диапазон значений рекомендуемых в литературе по ОМД.

Огромное спасибо, MLN78!!! крайне убедительно! :)

таким образом можно подитожить: 1 [N/sec/mm/C] = 1 кВт/(м2°С), и к деформу нет притензий.

Если не секрет, какой пакет использовался для сравнения?

[MLN78 0]

Если не секрет, какой пакет использовался для сравнения?

Параллельно расчёт проводился в двух пакетах (для тела, геометрию которого адекватно описывает МКР):

- в Полигоне (МКЭ): там аналогично Deform отдельно задается конвективная и лучистая (тоже через приведённую степень черноты системы) составляющие теплообмена;

- и ещё в одной безымянной программе (МКР, 3-х мерная, нелинейная по теплофизике и ГУ) родом из 80-х годов, где теплообмен задается в виде табличной функции зависимости коэффициента суммарной теплоотдачи от температуры поверхности. Такую зависимость можно получить самостоятельно, просчитав по соответствующим формулам, или поверить на слово «классикам» жанра и взять по Тайцу «Технология нагрева стали» (где–то на первых страницах) или по Вейнику «Теплообмен между слитком и изложницей» (подробно описано определение всех составляющих). Кстати Deform позволяет использовать такой же метод: для этого при назначении Simulation Control, Process Condition, Convection Coefficient надо отказаться от постоянного значения и перейти к заданию этой самой функции (Function of Temperature). Но тут надо помнить, что если ты учёл уже здесь лучистую составляющую теплообмена, то в свойствах материала степень черноты должна равняться нулю. Такой изощренный способ задания ГУ, возможно, кому-нибудь понадобиться.

[LiquidSnake 0]

даа.., работа по всей видимости огромная провелась))

болшое спасибо за помощь! :)