Software: FEM - Tutorial - Feldkopplung - Thermo-Bimetall - Modell
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Modellbildung
Um unnötige Fehler im Rahmen dieser Übung zu vermeiden, werden die Material-Kennwerte bereits in SI-Grundeinheiten vorgegeben:
1. Kupfer:
- E-Modul=1,226E11 N/m²
- Querkontraktionszahl=0,34
- therm. Ausdehnungskoeff.=16E-6 /K
- therm. Leitfähigkeit=402 W/(m·K)
- spez. Wärmekapazität=385 J/(kg·K)
- Massedichte=8960 kg/m³
- Referenztemperatur=20°C
2. Invar (Fe64Ni36):
- E-Modul=1,422E11 N/m²
- Querkontraktionszahl=0,3
- therm. Ausdehnungskoeff.=1,7E-6 /K
- therm. Leitfähigkeit=10,5 W/(m·K)
- spez. Wärmekapazität=514 J/(kg·K)
- Massedichte=8130 kg/m³
- Referenztemperatur=20°C
Die Vernetzung des langen und dünnen Bimetall-Streifens erfordert nicht nur in Hinblick auf die Restriktionen der Demo-Version einige Vorüberlegungen:
- Der Bimetall-Streifen kann auf Grund seiner konstanten Breite (8mm) und Homogenität als 2D-Problem behandelt werden (Dicke der Membran-Elemente=8mm).
- Berechnungsfehler summieren sich ausgehend von der linken Einspannung multipliziert mit dem jeweiligen Abstand zur rechten Seite auf:
- die Vernetzung muss so gestaltet werden, dass die Genauigkeit der Berechnung an der linken Einspannseite möglichst hoch ist.
- auf Grund der unsymmetrischen Einspannung müssen links mehrere Elementschichten vorgesehen werden.
- die max. Knotenzahl=300 sollte man möglichst ausnutzen.
- Als günstig hat sich auch eine Vernetzung mit 3 Element-Schichten pro Materialschicht erwiesen. Die linke Seite kann man z.B. mit einem Bias-Wert=2 enger vernetzen:
===>>> Hier geht es bald weiter!!!
Weiter im Übungsscript vom vorigen Jahr: http://www.ifte.de/lehre/cae/fem/05_thermik/modellbildung.html