TP1 Comsol Tut Tp1a v6 [PDF]

Zitiervorschau

Mines Albi M1 - UE MODSIM

M42-CALCUL DE STRUCTURES ELEMENTS FINIS

Tutoriel de mise en oeuvre de Comsol© 4.2 pour le cas 1 du TP1 – MODSIM M42 1

Objectif

Ce document présente la mise en oeuvre du cas 1 du TP1 – Thermique stationnaire et transitoire avec le logiciel Comsol©4.2. 2 2.1

Démarrage Lancement

1. Sous Linux, ouvrez une fenêtre terminale, créez un répertoire de travail pour les TP de Comsol© et placez vous dedans 2. Entrez la commande : comsol42-educ (Faites attention à choix car le nombre de licences Ecole est limité, 30). L'écran multi-fenêtre s'affiche (Fig. 1a).

Fig. 1a : Ecran de l'environnement Comsol 4.2©. 2.2

Affichage du choix des fonctions d'interpolation

Avant de terminer le lancement de Comsol©, il nous faut demander une option d'affichage supplémentaire, celle concernant le choix des fonctions d'interpolation.

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3. Sélectionnez l'icône "oeil" dans la barre d'icônes de la fenêtre "Model Builder"(Fig. 1b). Dans la liste des choix (Fig. 1b), sélectionnez "Discretization" pour permettre le choix de la fonction d'interpolation dans la suite de la construction du modèle.

(b)

(c)

Fig. 1(b, c) : Sélection de la fonction "Show"(b) et choix de "discrétization" (c). 3 3.1

Choix de l'analyse Dimensions du modèle

4. Allez sur l’onglet "Model Wizard" et sélectionnez "Space dimension" = « 1D » (Fig. 2). 5. Passez à l'étape suivante en cliquant sur la flèche.

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X

Fig. 2 : Sélection de la dimension du problème 3.2

Type d'analyse

6. Dans la fenêtre "Add Physics", ouvrez le dossier "Heat transfer" (Fig. 3) et sélectionnez (surlignez) " Heat Transfer in Solids (ht)". 7. Passez à l'étape suivante en cliquant sur la flèche.

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Fig. 3 : Sélection du type d'analyse. 3.3

Type d'étude

8. Dans la fenêtre "Select Study Type", sélectionnez "Stationnary" (Fig. 4) 9. Cliquez sur le drapeau à damier (symbolisant la fin de la séquence de configuration du modèle).Vous avez terminé la configuration du modèle.

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Fig. 4 : Sélection du type d'étude. 4 4.1

Construction du modèle Définition des unités géométriques

10. Dans l'onglet "Model Builder", cliquez sur "Geometry" (Fig. 5). 11. Dans la fenêtre "Settings" définissez les unités géométriques du modèle.

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Fig. 5 : Définition des unités 4.2

Géométrie du modèle

Il y a 2 solutions pour créer une géométrie soit par l'interface graphique soit par entrant les coordonnées des extrêmités du contour. 12. Interface graphique (Fig. 6a) : Dans le cas d'une définition graphique, utilisez l'outil de zoom avant, pour avoir une échelle graphique de ± 0,015 m. Cliquez une fois pour placer le premier point à l'origine à –5 mm et placez le second point à 5 mm.

Fig. 6a : Définition de la géométrie par l'interface graphique. 13. Coordonnées (Fig. 6b) : Pour ce modèle utilisez la méthode des coordonnées pour définir les 2 points d'extêmites du domaine.

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Fig. 6b : Définition de la géométrie par les coordonnées des sommets 4.3

Propriétés physiques

Il s'agit de définir les proporiétés physiques du matériau pour le problème étudié, ici ρ, k, Cp. 14. Dans l’arbre de construction (fenêtre "Model Builder"), cliquez-droit sur "Materials", puis "Material"et passez à la fenêtre "Setting Materials". 15. Sélectionnez le numéro de l'entité géométrique concernée, ici "1" dans la fenêtre "Selection". 16. Cliquez sur la propriété à définir, par exemple ρ, dans la fenêtre "Materials Contents (Fig 7a). 17. Saisissez la valeur à prendre en compte (Fig 7b). 18. Passez aux autres propriétés (étapes 16 et 17). 19. Revenez dans l’arbre de construction et fermez le dossier "Materials".

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Fig. 7a : Définition des propriétés physiques

Fig. 7b: Valeurs saisies pour les propriétés physiques du matériau. 4.4

Conditions aux limites

Nous passons maintenant à la défintion des conditions aux limites du problème 20. Dans l’arbre de construction (sur la fenêtre de gauche), ouvrez l'arborescence du dossier "Heat Transfer (ht)" (Fig. 8a) 21. Dans l'onglet "Settings", cliquez droit sur "=>" Temperature " et sélectionnez une des 2 extrêmités", et cliquez sur "+" puis dans la fenêtre "Add to Selection" sélectionnez "point 1" pour définir la condition limite sur le point 1, puis finisser en sélectionnant "Température" sur la ligne "Boundary Condition" 7

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22. Faire de même pour le point 2. 23. Sortez de la fenêtre en cliquant sur le bouton "OK".

Fig. 8a : Définition des conditions aux limites

Fig. 8b : Définition des conditions aux limites en température à la 2ème extrêmité. 4.5

Maillage

Il s'agit de définir le maillage pour le problème étudié.

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24. Dans l’arbre de construction (fenêtre "Model Builder"), ouvrez le dossier "Mesh 1". passez à l'onglet "Setting Mesh" (Fig. 9a). 25. Pour ce cas, laissez les valeurs par défaut de paramètres de mailage, ie : A. "Sequence type" = "Physics Controlled Mesh" B. "Element Size" = "Normal" 26. Cliquez-droit sur "Mesh 1" et cliquez sur "Edge". Sélectionnez le domaine et ajouter le à la sélection. 27. Cliquez sur "Size" dans l’arborescence. Complétez les champs "Element Size Parameters" comme indiqué sur (Fig. 9b). La taille maximale de l'élément à définir dans le champ « Maximum element size " = "0.01" puisqu'il n'y a qu'un seul élément pour ce cas d'étude. 28. Une deuxième méthode consiste à passer par "Distribution" (Fig. 9c). Dans l'onglet "Setting Distribution", laissez la sélection du domaine au mode "Manual", puis ouvrez le cartouche "Distribution". 29. Dans "Distribution properties" laissez "Fixed number element" et saisissez le nombre souhaité "Number Elements" = "1" ici. 30. Revenez dans l'arbre de conception et cliquez sur "Mesh 1" (Fig. 9d). Cliquez sur "Build all" en haut de l’onglet de la fenêtre "Settings Mesh" (Fig. 9d). Vous pouvez observer sur la fenêtre graphique le maillage obtenu (Fig. 9e).

Fig. 9a : Définition générale du maillage.

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Fig. 9b : Définition des paamètres du maillage.

Fig. 9c : Choix du nombre d'éléments.

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Fig. 9d : Finalisation de la définition du maillage.

Fig. 9e : Maillage obtenu. 4.6

Degré des fonctions d'interpolation

Pour finir, fixons le degré des fonctions d'interpolation. 31. Cliquez sur "Heat Transfer (ht)" dans l'arbre de conception, vous voyez apparaître le sous menu "Discretization" dans l'onglet "Setting Heat Transfer". 32. Ouvrez le sous menu "Discretization" et sélectionner la fonction "Linear" pour l'interpolation en temperature" L'étape de maillage est terminée. 33. Avant de finir cette mise en données, enregistrez votre modèle, sous le nom "tp1cas1.mph". 11

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Résolution

Nous allons maintenant demander la résolution du système d'équations. 34. Dans l'arbre de conception sélectionnez la fonction "Study" (Fig. 10). 35. Demandez la résolution du modèle en sélectionnant par un clique-droit "Compute". Relevez dans la fenêtre inférieure le temps de calcul de la solution "Solution time" et le nombre de degré de liberté " Number of degrees of freedom" s'affichant après chaque résolution dans la fenêtre"Message"

Fig. 10 : Lancement de la résolution. 6 6.1

Résultats Affichage des résultats

36. Dans l'arbre de conception ouvrez l'arborescence de la fonction 'Results" (Fig. 11a).

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Température sur le domaine

37. Dans le menu 'Results", cliquez sur "Temperature". L'évolution de la température apparaît dans la fenêtre graphique (Fig. 11a). 6.3

Engregistrement du résultat

38. Vous pouvez demander l'enregistrement du graphique à l'aide de l'appareil photo de la barre d'icônes de la fenêtre "Graphics".

Fig. 11a : Affichage de l'évolution de la température sur le domaine. 6.4

Flux sur le domaine

Le flux est calculé à partir des résultats de températures évaluées sur chaque point d'intégration. 39. Dans l'arbre de conception, ouvrez le dossier "temperature (ht), cliquez droit sur "Temperature (ht)" pour ouvrir le dossier (Fig. 11b). 40. Cliquez maintenant sur "Line Graph 1" puis venez dans l'onglet "Line Graph". 41. Vous pouvez demander l'enregistrement du graphique à l'aide de l'appareil photo de la barre d'icônes de la fenêtre "Graphics". 42. Il s'agit maintenant de changer la variable affichée sur l'axe des ordonnées "y-Axis-Data". Lors du premier tracé de flux pour le modèle, cliquez sur le symbol "+" de la ligne ""yAxis-Data", puis sélectionnez "Heat Transferr > Total heat flux > Heat flux xx components" (Fig. 11b).

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Heat flux xx components

Total heat flux

Fig. 11b : Affichage de l'évolution du flux sur le domaine. 43. Demander le tracé du flux en venant cliquer sur l'icone du stylo en haut de l'onglet "Settings Line Graph" (Fig. 11c). Si aucune courbe en bleu ne s'affiche dans la fenêtre graphique ca peut venir des unités sélectionnées.

Fig. 11c : Demande d'affichage graphique 44. Revenez à la ligne "Unit" et sélectionnez dans le cas 1a des unités en MW/m2 (Fig. 11d). 45. Allez raffraichir le tracé (Fig.11 c). Vous devriez obtenir un nouveau tracé correspondant à celui de la figure 11.e.

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(d)

(e)

Fig. 11d : Sélection des unités pour l'affichage du flux sur le domaine. Fig. 11d : Evolution du flux sur l'élément pour le Cas 1 46. Comme pour les températures vous pouvez enregistrer ce résutlat dans un fichier en reprenant l'étape 38 (§ 6.3 Enregistrement d'un résultat"). 6.5

Fin d'exploitation du modèle

47. L'exploitaiton du modèle du Cas 1 du TP1 est terminée. Enregistrez votre fichier modèle. 48. Passez au cas suivant ou fermez l'application Comsol©.

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