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

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