Numerical simulation of thermo-mechanical problems by coupling ABAQUS® and FLUENT®

Resumen

El problema termo-mecánico estudiado en este artículo es tal que la evolución de la temperatura define la respuesta de las tensiones, pero el campo de temperaturas no depende del campo de las tensiones. Por tanto, la historia de las temperaturas puede ser calculada mediante un análisis térmico desacoplado y luego ser introducida, como un campo predefinido, en un análisis de tensiones. El software ABAQUS® posee esta capacidad pero es bastante limitada a la hora de definir un modelo térmico realista. FLUENT® en cambio es un software ampliamente utilizado para realizar análisis de flujo de fluidos y transferencia de calor, con una amplia capacidad para definir las características termodinámicas de los procesos. El problema estudiado se refiere al enfriamiento de un rail ranurado (Ri60). Este tipo de raíles presentan una geometría transversal constante pero su sección poseen diferentes espesores. Tales asimetrías hacen que el enfriamiento no sea uniforme y se desarrollen tensiones térmicas, que podrían llegar a ser mayores que la tensión de fluencia del material a altas temperaturas. Esta situación origina que el rail se curve y se desarrollen tensiones residuales. A través de un modelo térmico de Elementos Finitos (EF) desarrollado en FLUENT® pudimos obtener la historia de las temperaturas de los nodos del rail de una forma realista. Seguidamente, se introdujeron estos resultados en el modelo de tensiones de EF creado en ABAQUS®. Sin embargo, este enfoque originó la necesidad de comunicar FLUENT® y ABAQUS®. Para ello desarrollamos un programa de conversión de resultados (denominado ‘conv_flu_abq’), utilizando programación Shell de Linux; R® y C. A través de estas herramientas fue posible crear un código de conversión eficiente en tiempos y memoria empleada. En este artículo presentamos el desarrollo y la estructura de este código así como también resultados que demuestran su funcionamiento adecuado.