Análisis Térmico en Autodesk Inventor con Nastran In-CAD - Prototicad 3D / Prototipos Digitales

Análisis Térmico en Autodesk Inventor con Nastran In-CAD

Análisis Térmico en Autodesk Inventor con Nastran In-CAD

Autodesk Inventor Professional incluye un módulo de análisis de esfuerzos por el método de los elementos finitos. Este módulo permite hacer dos tipos de análisis: lineal estático y modal, ¿Pero que pasa si usted necesita hacer un análisis no lineal o un análisis térmico? Bueno la respuesta es simple: Nastran In-CAD.

A medida que usted va profundizando y especializándose en simulación, tendrá la necesidad de hacer otros tipos de análisis, así que usted debe ver a Nastran In-CAD como el siguiente paso en su perfeccionamiento en el mundo de la simulación. La necesidad de un análisis térmico se da, por el querer averiguar el comportamiento de nuestro diseño bajo condiciones de cargas térmicas y ya no simples fuerzas.

La imagen mostrada corresponde a un manifold de un sistema de escape de gases de escape.

Este manifold lógicamente va ensamblado en el motor, pero que pasa si al pasar los gases calientes, el manifold se calienta mucho y se dilata, empujando las piezas a las cuales esta ensamblada y si este esfuerzo es muy grande, algo podrá fallar. Así que al usar Nastran In-CAD podemos hacer un análisis térmico y poder predecir cualquier tipo de falla.



Sistema de unidades, en este caso usaremos las unidades del modelo.



Tipo de análisis, aquí podrá constatar la diferencia con Inventor Professional que solo cubre los 2 primeros análisis (Lineal Estático y Modal). Usaremos un análisis “Nonlinear Steady State Heat Transfer” (Transferencia de Calor No lineal estable).



Material: en el caso de no encontrar el material, podemos crear el material y definir las propiedades mecánicas respectivas.



Propiedades del elemento: definiremos si los elementos a usar son del tipo solido (3D), cascara (2D) o lineal (1D).



La densidad de la malla vendrá dada por el tipo del elemento que asignemos, tal como se ve a continuación, el resultado sera el modelo enmallado.





Ahora debemos definir las cargas térmicas, lo que tendremos son los gases calientes que entran por el extremo conectado a la culata, de tal manera que estos gases tienen contacto con la parte interna de los ductos del manifold. Crearemos una carga del tipo Heat Flux, para definir esta condición de trabajo.



Los símbolos en verde representan la carga definidas y nos permiten identificar las superficies sobre las cuales trabajan.



El manifold esta expuesto al medio ambiente, así que las superficies de contacto con el aire del ambiente funcionan como aletas dicipadoras de calor, lo cual es transferencia de calor por convección.



Podemos apreciar ahora los dos sistemas de cargas, el interno que el el flujo de aire caliente dentro del manifold y el externo que representa como se transmite el calor al medio ambiente.



Definiremos las condiciones iniciales del análisis, indicando la temperatura inicial del manifold, la cual seria la temperatura ambiente.

Ahora todo esta listo para iniciar el calculo y basta que invocar al solucionador.



Lo mas importante en simulación, es interpretar y analizar los resultados, para poder determinar si los resultados son lógicos y pueden ser tomados en cuenta o debemos revisar las condiciones de la simulación buscando algún tipo de incoherencia.

Podemos ver que las zonas mas frías son las mas alejadas de los ductos que llevan el flujo de aire caliente, dado que por esa zona se expulsa el calor y eso es lo que podemos comprobar al ver en las zonas azul oscuro y azul claro.

Las zonas mas calientes, como era de esperar es el ala entrada del manifold, dado que el flujo entra caliente y aun no hay posibilidades de enfriamiento.

A medida que el flujo pasa por los ductos, se va enfriando, dado que los ductos en su superficie externa, al estar en contacto con aire, emiten calor, enfriándose por conveccion con el medio ambiente.

Este pequeño análisis nos permite verificar que los resultados son lógicos y así tomar en cuenta las temperaturas que salieron como resultado, la máxima 658.8 F ( 348.2 C) y la mínima 286.9 F (141.6 C ). Con estos resultados podemos ahora determinar las cargas de esfuerzos por dilatación. Un ultimo análisis es comprobar que el manifold estando a temperatura ambiente de 70 F (21C) sube a las temperaturas mencionadas.

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