Тепло-механический анализ холодного газопровода, проходящего через талик под руслом реки.

[DonAntonio 0]

Доброго времени суток, уважаемые форумчане!

У меня стоит задача построения тепло-механической модели прохождения холодного газопровода через талик (оттаявший грунт) под руслом реки в условиях вечной мерзлоты, собираюсь реализовать в Ansys 12.1, насколько понимаю, все возможности у нее для этого есть.

Сразу хочу сказать, так как программу начал изучать с нуля, надеюсь на вашу помощь и снисходительность при моей некомпетентности.

Для начала хочу немного поподробнее обозначить задачу и ее цель.

На (РИС.1) схематично изображена данная ситуация:

РИС.1

Таким образом, так как температура окружающей среды сезонно изменяется, изменяется и температура газопровода.

В результате этого в зоне прохождения талика вокруг трубы зимой происходит промерзание, а летом оттаивание, это напоминает распространение вол воды (кольцами), когда в нее что-то бросаешь.

Кольца чередуются (оттаявшее, промерзшее) и с течением времени каждое кольцо радиально удаляется от трубы (РИС.2).

РИС.2

Этот процесс оказывает механическое воздействие на трубу и ее устойчивость, т.к. при промерзании грунт расширяется, соответственно при оттаивании сужается, это собственно и являются целью моделирования.

Первый вопрос, которым я задался, какой модуль ANSYS применять, так как предстоит решение совместной задачи (тепло-механической) думаю что подойдёт Multyphysics, поправьте если не прав.

Так же читал про WB, который как я понял объединяет в себе многие классические модули, только вот не ясно, возможно ли с помощью него осуществить данное моделирование?

Материала в интернете по ANSYS достаточно много, и я конечно уже начал кое-что изучать, но буду очень благодарен если кто-нибудь посоветует с чего лучше начинать в моем случаи.

На последок хочу сказать, что срок реализации установлен в 3-4 месяца.

Спасибо за внимание, с нетерпением жду ваших ответов и вопросов!

Изменено 28 сентября 2011 пользователем DonAntonio

[DonAntonio 0]

Начал вплотную изучать WB 12.1, решено делать модель на нем.

А здесь никто ничего не отвечает.

Что-то не так в теме?

Изменено 26 сентября 2011 пользователем DonAntonio

[Rigid 0]

Начал вплотную изучать WB 12.1, решено делать модель на нем.

А здесь никто ничего не отвечает.

Что-то не так в теме?

Ваши вопросы очень неконкретны. Обычно на форуме помогают с конкретными вопросами, типа не получается то-то, как реализовать это и т.п. Из сообщений можно судить о том, что у Вас весьма небольшой опыт в области CAE. Тогда и начинать надо с МКЭ, почитайте литературу (Сегерлинд например очень подходит для начинающих), поизучайте хелп ансиса, попробуйте порешать какие-то простые задачи. Связанные задачи, как у Вас - не фунт изюма. Почти уверен, что за 3-4 месяца Вы ее не сделаете.

P.S. Исправьте грамматические ошибки на рисунке 2, сразу режут глаз. Плохо что в Компасе нет проверки орфографии.

[AK74 15]

Зачётные ресунки. Я сразу-то как-то и не разглядел.

"Промерший" и "Промерзший" - сначала помер, потом промёрз? Кого хороним?

[DonAntonio 0]

Извиняюсь за очепятки! все вроде поправил

[Fedor 1 597]

"механическое воздействие на трубу и ее устойчивость, т.к. при промерзании грунт расширяется, соответственно при оттаивании сужается" - при замерзании кольцо вокруг трубы увеличивается из-за фазового перехода в воде, следовательно, давление на нее уменьшается. Это эквивалентно нагреванию тела в сплошной среде. Задачу удобно переформулировать как тепловую. Но вообще трубе ничего не грозит если ничего не произошло когда ее закопали. Замерзание будет только снижать нагрузки на нее :)

[DonAntonio 0]

при замерзании кольцо вокруг трубы увеличивается из-за фазового перехода в воде, следовательно, давление на нее уменьшается. Это эквивалентно нагреванию тела в сплошной среде. Задачу удобно переформулировать как тепловую. Но вообще трубе ничего не грозит если ничего не произошло когда ее закопали. Замерзание будет только снижать нагрузки на нее :)

Очень даже грозит, причем со 100% вероятностью.

Вы наверное немногое знаете о механике вечномерзлых грунтов, раз так говорите.

Но за ответ спасибо!

Изменено 1 октября 2011 пользователем DonAntonio

[Fedor 1 597]

Зато я знаю о механике, а Вы хотите применить ее к своим грунтам. Насколько понимаю, при фазовом переходе в твердое состояние объем увеличивается. Это то же самое, что происходит при нагревании твердых тел. Дырки при этом становятся больше. Например пучинистые грунты то есть с водой при замерзании начинают давить примерно 6 тонн на кв.м, насколько помню , на фундамент, потому, что увеличиваются в размерах.

Когда хотят получить прессовую посадку, то часто или охлаждают охватываемую деталь, но тут возможности ограничены абсолютным нулем, или нагревают охватывающую, тут больше возможностей.

Например, если прогреть автогеном лист с дыркой, то диаметр дырки увеличивается в зависимости от коэффициента линейного расширения, это легко проверить на модельной задачке. В Вашем случае линейное расширение из-за фазового перехода в твердое состояние. А так механика та же самая...

[DonAntonio 0]

Давление 6 тысяч тонн на кв.м. сложно назвать безопасным! А вы говорите, ничего не грозит.

[Fedor 1 597]

Давление 6 тысяч тонн на кв.м. сложно назвать безопасным! А вы говорите, ничего не грозит.

"давить примерно 6 тонн на кв.м" - надо быть расчетчику повнимательнее :)

Похоже в Вашем случае будет неравномерная нагрузка которая обычно приводит к всплытию закопанных резервуаров, но в таком случае нет смысла говорить о неустойчивости оболочки, просто деформации под действием нагрузки, ее и стоит поискать.

Ну а как проверить устойчивость оболочки описано в книжке Басова, синей с танком на обложке :)

[Fedor 1 597]

Относительное изменение объема при плавлении -8.3% разделите на три чтобы свести к линейной и пересчитайте пропорционально объемным долям воды в грунте. Потом отобразите по подобию на тепловую и смоделируйте. В классическом Ansys можно все за полдня проделать не напрягаясь и посмотреть. :)

Вот интересный факт из истории : Гадолин в 1861 году обжатие стволов пушек начал делать с помощью нагретых колец. Остывая кольца обжимали ствол создавая в нем напряжения сжатия.

У Вас наоборот замерзая кольца увеличатся и разгрузят трубу :)

[DonAntonio 0]

Спасибо за ответ!)

В данный момент вплотную изучаю WB.

Как только будет что показать или спросить по теме выложу!

[Fedor 1 597]

Обратите внимание на тот случай, когда кольцо уже протаяло со стороны реки, тогда сжатый слой льда начнет расширятся и давить на трубу. Это примерно как трещина и труба в ее вершине. Только наоборот не растяжение, а сжатие.

Надо дать льду мерзлоты "дышать", для этого можно обернуть трубу например пенополиэтиленом, он влагу не впитывает, туристы на ковриках давно проверили :)

Можно напылить пенополиуретан испанский и него есть морозостойкое исполнение. Например <noindex>http://www.polymerks.ru/</noindex>

[DonAntonio 0]

Здравствуйте!

Никак не могу понять, как организовать фазовый переход грунта в WB.

Во первых, не понятно каким образом задается его скрытая теплота, не говоря уже о расширении и сжатии объема при фазовом переходе.

Использую нестационарный тепловой анализ, из всех свойств материалов, как я понял, задаются только плотность, теплопроводность и теплоемкость.

Нашел пример в классическом Ансисе, там скрытая телота задается через энтальпию, но в WB ее как я понимаю нет.

Помогите разобраться пожалуйста, очень хотелось бы увидеть пример по фазовому переходу!!!

Может кто-нибудь сталкивался с моделированием фазового перехода в WB, не могу найти не одного примера по этому случаю. Очень буду благодарен за любую информацию.

Заранее спасибо!!!

[Andry_V 0]

Вот пример по фазовому переходу.

Mech-HT_13.0_WSA1_Phase_Change.pdf

Mech-HT_13.0_Appendix-A_Advanced.pdf

[DonAntonio 0]

Вот пример по фазовому переходу.

Mech-HT_13.0_WSA1_Phase_Change.pdf

Mech-HT_13.0_Appendix-A_Advanced.pdf

Спасибо огромное, а то я уже думал это не возможно в WB и придется все сначала на классике воспроизводить, буду переводить и разбираться.

Заранее поинтересуюсь, а объемное расширение и сжатие при фазовом переходе в WB можно будет реализовать, когда с температурами разберусь?

[Andry_V 0]

Реализовать можно, это уже будет сопряжённый анализ therm-stress

[DonAntonio 0]

Здравствуйте!

Для начала опишу модель.

1. Расчет в Ansys WB 12.1

2. Нестационарный тепловой анализ (Transient Thermal).

3. Используется два материала:

а) материал для трубы: структурированная сталь (Structural Steel) с характеристиками:

плотность (Density): 7850 [kg m^-3]

теплопроводность (ITC): 60,5 [W m^-1 C^-1]

теплоемкость (Specific Heat): 434 [J kg^-1 C^-1]

б) материал для грунта:

плотность (Density): 2000 [kg m^-3] (суммарная т.е для влажного грунта)

теплопроводность (ITC): талого 1,52 [W m^-1 C^-1]

мерзлого 1,64 [W m^-1 C^-1]

теплоемкость (Specific Heat): талого 768 [J kg^-1 C^-1]

мерзлого 544 [J kg^-1 C^-1]

4. Геометрия модели

Труба: наружным диаметром =720 [мм], толщина стенки 10 [мм]

Расстояние от дна реки до оси трубы 2200 [мм]

5. Сетка

размер сетки грунта 0,1 [м] :

6. Нагрузки

Начальная температура 3 [C]

Температура реки постоянна 3 [C]

Температура трубы меняется раз в месяц, соответственно 12 раз в год:

-28; -26,9; -22,8; -15; -5,9; 5,1; 13,2; 10,5; 3,8; -8,2; -21,1; -25,6

Фазовый переход учитывается через задание энтальпии:

Расчет необходимо выполнить на 30 лет.

Вот собственно и все.

Вопросы:

1. Подскажите пожалуйста как правильнее организовать шаги нагрузки и под шаги.

В данный момент я сделал так 720 (360 месяцев в 30 годах) шагов:

1 шаг

2 шаг

3 шаг

4 шаг

и т.д. (2592000 секунд в 1-месяце)

На сколько это правильно, и как нужно сделать на Ваш взгляд?

2. Возможно ли как-то настраивать параметры сохраняемого в *.avi ролика, его качество

и т.д.?

Буду премного благодарен за любые поправки и дополнения, с радостью отвечу на любые вопросы!

Заранее спасибо!!! =)

Изменено 16 января 2012 пользователем DonAntonio