Simulation für BA: Aufwandseinschätzung gefragt

    Hallo liebe Maschis,


    ich würde für meine BA gerne eine Simulation machen. Bisher habe ich leider wenig Erfahrung mit Simulationsprogrammen, würde mich aber gerne aufgrund der Wichtigkeit solcher Tools damit beschäftigen.

    Jetzt ist es so, dass die Simulation kein Hauptteil meiner Arbeit ist, mir aber helfen könnte Aussagen zu treffen. Da ich mich bisher nicht so gut auskenne, ist es für mich schwierig einzuschätzen, wie aufwändig das wird und ob es noch in den zeitlichen Rahmen der BA passt. Das Ganze wäre am Ende die Frage nach dem besten "Trade-Off": Eine Simulation würde mir Zeit und Arbeit bei Versuchen ersparen!


    Jetzt konkret zur Aufgabe:

    Ich würde gerne ein Bündel aus thermoplastischen Kunststofffasern über eine diese umgebende Metallhülse erwärmen.

    Veranschaulicht habe ich dies in folgendem Bild.



    Es wird über die äußere Mantelfläche der Metallhülse erwärmt. Die innerste Faser sollte dann nach einer Weile eine bestimmte Temperatur erreichen. Dabei hätte ich gerne Auskunft über die Temperaturverteilung und eine qualitative Aussage darüber wie groß die Temperaturdifferenz zwischen heißester und kältester Faser ist. Eine Aussage über die Aufheizdauer wäre auch nicht schlecht.


    Mit welchem Simulationsprogramm kann man das am besten simulieren bzw. welches ist vom Aufwand her am günstigsten? Im liebsten würde ich das mit einem Programm machen, in welches ich ein CAD-Modell laden kann und nach Einstellen der Randbedingungen relativ schnell bunte Bildchen bekomme ;-). Ich hatte dabei schon mal an Ansys gedacht, weiß aber nicht genau wie gut man da als Student rankommt und welche Version ich da brauche. Bisher habe ich das so verstanden, dass Ansys Workbench von der Bedienung her mehr auf CAD-Modellen und nicht so sehr auf "Code" beruht. Das wäre für mich wahrscheinlich angenehmer.


    Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen.


    Gruß

    Tobi

    Ich habe Erfahrung mit ABAQUS, damit kann man solche Wärmeleitungsprobleme auf jeden Fall modellieren.


    Das ganze wird allerdings mit der Materialkarte deines Kunststoffes stehen und fallen. Die Metallhülse ist leicht modelliert, ebenso die Wärmequelle über den Umfang. Das Problem wird sein, ein gutes Materialmodell deines Thermoplasten zu hinterlegen. Wenn wirklich belastbare Aussagen getroffen werden sollen, ist dort zu beachten, dass die Wärmeleitfähigkeit und auch die spezifische Wärmekapazität bei Kunststoffen immer eine Funktion der Temperatur sind.


    Ob man dieses Verhalten "ab Werk" in ABAQUS oder andere Simulationsprogrammen abbilden kann, oder ob man dort mit einer Subroutine die nötigen Gleichungen implementieren muss, kann ich dir leider nicht genau sagen.

    du musst auch den Kontakt zwischen den Fasern modellieren, brauchst also einen thermischen Kontaktwiderstand bzw, Kontaktkoeffizienten (Thermal contact conductance), der, wenn du es genau machen möchtest, Oberflächenbeschaffenheit, Kontaktpressung usw. Deiner Fasern berücksichtigt. Und wenn du die Lufteinschlüsse noch berücksichtigen möchtest, musst du eine gekoppelte Wärmeleitungs-Konvektions-Berechnung durchführen; das wäre aber wahrscheinlich ein Overkill.

    Ist auf jeden Fall moeglich in ANSYS. Entweder mit Mechanical (nur conduction) oder Fluent (conduction+convection).


    Ohne Erfahrung mit solchen Simulationen, oder Unterstuetzung von jemandem der Erfahrung damit hat, halte ich es aber fuer unrealistisch vernuenftige Ergebnisse zu bekommen, wenn die Simulation nur ein kleiner Teil deiner BA sein soll. Mehr als ein paar bunte Bildchen werden da wohl nicht bei rumkommen.

    Vielen Dank für eure guten Tipps.

    Ich denke ich werde es mit Ansys mal probieren. Dass es immer schwierig ist realistische Ergebnisse zu bekommen und nicht nur bunte Bildchen ist ja bekannt. Ich hoffe ich werde da jemanden finden, der mir mit seiner Erfahrung da etwas unter die Arme greifen kann. Ich kann ja hier auch mal ein paar Bildchen posten, wenn ich mir etwas zurecht gebastelt habe ;-).

    Zitat von IMadeYouReadThis

    Das Problem wird sein, ein gutes Materialmodell deines Thermoplasten zu hinterlegen. Wenn wirklich belastbare Aussagen getroffen werden sollen, ist dort zu beachten, dass die Wärmeleitfähigkeit und auch die spezifische Wärmekapazität bei Kunststoffen immer eine Funktion der Temperatur sind.

    Danke, das ist ein guter Hinweis! Daran hätte ich vermutlich erstmal nicht gedacht.


    Zitat von LockenLui

    du musst auch den Kontakt zwischen den Fasern modellieren, brauchst also einen thermischen Kontaktwiderstand bzw, Kontaktkoeffizienten (Thermal contact conductance), der, wenn du es genau machen möchtest, Oberflächenbeschaffenheit, Kontaktpressung usw. Deiner Fasern berücksichtigt. Und wenn du die Lufteinschlüsse noch berücksichtigen möchtest, musst du eine gekoppelte Wärmeleitungs-Konvektions-Berechnung durchführen; das wäre aber wahrscheinlich ein Overkill.

    Wie macht man denn so etwas? Das Material der Fasern ist übrigens PMMA. Ich denke die Oberflächenbeschaffenheit ließe sich evtl. beim Hersteller noch erfahren aber die Pressung? Muss man sich da Gedanken über die Hertz'sche Pressung machen oder so? Ich erinnere mich da grob noch an MG (bei Lagern glaube ich:/). Und wie soll man den Druck im Kontakt abschätzen? Mir scheint es so, als müsste man da auch relativ viel schätzen und annehmen.


    Ich denke ich werde mir jetzt erst mal Ansys runterladen und mal ein paar Versuche starten bzw. erstmal ein paar Videos dazu gucken :kaffee:.

    Kennt Jemand von euch vielleicht gute Tutorials?


    Viele Grüße

    Ein vernünftiges Modell allein ist wäre vermutlich schon genug Arbeit für eine komplette BA. Ich denke, was du vor hast sprengt den Rahmen. Du bist vermutlich besser beraten, in der Literatur mal nach vergleichbaren Modellen zu schauen und deren Bilder zu nehmen.

    Zitat von Tobse87

    Wie macht man denn so etwas? Das Material der Fasern ist übrigens PMMA. Ich denke die Oberflächenbeschaffenheit ließe sich evtl. beim Hersteller noch erfahren aber die Pressung? Muss man sich da Gedanken über die Hertz'sche Pressung machen oder so? Ich erinnere mich da grob noch an MG (bei Lagern glaube ich:/). Und wie soll man den Druck im Kontakt abschätzen? Mir scheint es so, als müsste man da auch relativ viel schätzen und annehmen.

    Soweit ich weiß werden die experimentell ermittelt und ist eine Wissenschaft für sich selbst. Definitiv nicht, was man in einer BA so nebenbei macht. Evtl findest du aber Anhaltswerte in der Literatur. Bspw. Im VDI-Wärmeatlas sind, soweit ich weiß, Werte für gängige (metallische) Werkstoffpaarungen tabelliert.

    Kann mich meinen Vorgängern nur anschließen. Hab meine PA mit Abaqus geschrieben. Das größte Problem war das Materialmodell von einem Kunststoff. Die Daten werden Experimentell ermittelt und man braucht einige, die teilweise kostenintensiv ermittelt werden müssen. Ist also nicht so einfach an ein gutes Materialmodell heranzukommen, weil genau darin bei einigen Herstellern und Kunden die Expertise liegt.

    Ist also nicht so einfach, das mal eben anzufügen an eine BA. Ich wünsche dir dennoch viel Erfolg! Vorallem vereinfacht es das Unterfangen, wenn man jemanden hat/kennt, der einem das Programm erklären kann oder zumindest bei Fragen zu verfügung steht!