Software: FEM - Tutorial - Feldkopplung - Thermo-Bimetall - Transiente Simulation

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Transiente Simulation (Erwärmung in der Zeit)

Wenn man in ein Bauteil eine Wärmeleistung einspeist (bzw. darin generiert), so dauert es infolge der Wärmekapazität der Materialien eine Weile, bis das Bauteil überall seine Endtemperatur erreicht hat. Zielstellung der transienten Wärmeberechnung ist die Ermittlung des zeitlichen Verlaufs der Erwärmung an allen Positionen des Bauteils:

• Der Solver muss dazu das Modell beginnend von einer Startzeit in hinreichend kleinen Zeitschritten bis zu einer gewünschten Endzeit durchrechnen.
• Als Primär-Ergebnisse liegen nach jedem Zeitschritt die aktuellen Knoten-Temperaturen vor.
• Durch den Solver wird dabei eine numerische Integration durchgeführt. Um eine unzulässige Aufsummierung von Fehlern über die Zeitschritte hinweg zu vermeiden, muss die Zeitschrittweite an die Zeitkonstanten der Temperaturänderung angepasst werden.
• Für ausgewählte Knoten kann man sich nach Beendigung der transienten Berechnung die Temperatur als Funktion der Zeit anzeigen lassen.

In diesem Sinne soll das Modell nun konfiguriert werden:

• Vom FEMAP aus kann man die transiente Berechnung im genutzten FEM-Solver nur über Variablen steuern.
• Da diese Variablen für alle Lastfälle des Modells gültig sind, speichern wir das bisherige stationäre Modell unter dem Bezeichner Transient-xx.MOD weil das stationäre Modell erhalten bleiben soll!
• Für dieses neue transiente Modell löschen wir den ersten Lastfall "Konst. Temperatur 100°C".
• Wir benennen den zweiten Lastfall um in "Waerme - transient".
• Den 2.Lastfall definieren wir dann in den 1.Lastfall um:
  • Model - Load - Copy : ID=1 (for Duplicate Load Set)
  • OK to aktivate Load Set 1
  • ursprünglichen Load Set 2 löschen.
  • danach existiert nur noch Load Set 1
• Die im Modell vorhandenen Output-Set beziehen sich auf die nun nicht mehr existierenden Lastfälle. Um Konflikte mit den neuen Berechnungsergebnissen zu vermeiden, sollte man in solchen Fällen die nicht mehr benötigten Output-Sets löschen!

Hinweis: Eine falsche Konfiguration der zeitbezogenen Parameter führt unter Umständen zu einer großen Anzahl von Modellrechnungen. Die Ergebnisse jeder Modellrechnung werden als ein Lastfall im Output-Set gespeichert, was dann zu riesigen Modelldateien führt, die im Rahmen der Lehrveranstaltung nicht mehr beherrschbar sind. Deshalb werden die Konfigurationsparameter im Folgenden im Wesentlichen vorgegeben.

Zur Vereinfachung wurde im Means-Menü ein Dialog-Aufruf Parameter-Temperatur transient implementiert. Damit werden die benötigten Variablen automatisch definiert und die konkreten Werte abgefragt. Hinterher kann man unter Tools - Variables die Liste der generierten Modellvariablen überprüfen bzw. deren Werte modifizieren:

• instat=1 instationäre Temperaturfeldberechnung
• tempstart=einheitliche Anfangstemperatur in °C (hier =20)
• tStart= Startzeit in s (hier =0)
• tStep= Zeitschrittweite in s (hier =0,00005)
• tEnd= Endzeit in s (hier =0,005)
• IndikTStep= Zeitschrittsteuerung (hier =4)
  • 0 --> MEANS darf Zeitschrittweite abhängig von der Konvergenzgeschwindigkeit automatisch anpassen (Default)
  • 1 --> Zeitschrittweite wird nicht verändert
  • 2 --> wie 0, jedoch nur Vergrößerung der Zeitschrittweite zugelassen
  • 3 --> wie 0, jedoch Berechnung bis zum "eingeschwungenen Zustand" (d.h. theoretisch bis tEnd=unendlich möglich)
  • 4 --> wie 2, jedoch Berechnung bis zum "eingeschwungenen Zustand"
• epsilon=Abbruchkriterium für eingeschwungenen Zustand in K/s (hier =1)

===>>> Hier geht es bald weiter!!!

Weiter im Übungsscript vom vorigen Jahr: http://www.ifte.de/lehre/cae/fem/05_thermik/erwaermung_transient.html

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