Software: FEM - Tutorial - Feldkopplung - Thermo-Bimetall - Modell

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Modellbildung
Software FEM - Tutorial - Feldkopplung - bimetall - abmessungen.gif


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