Software: FEM - Tutorial - Feldkopplung - MP - Thermo-Bimetall - Modell: Unterschied zwischen den Versionen

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'''Die Vernetzung''' des langen und dünnen Bimetall-Streifens erfordert einige Vorüberlegungen:
'''Die Vernetzung''' des langen und dünnen Bimetall-Streifens erfordert einige Vorüberlegungen:
* Der Bimetall-Streifen kann auf Grund seiner konstanten Breite (8mm) und Homogenität als 2D-Problem behandelt werden (Dicke der 2D-Elemente=8 mm).
* Der Bimetall-Streifen kann auf Grund seiner konstanten Breite (8mm) und Homogenität als 2D-Problem behandelt werden (Dicke der 2D-Elemente=8 mm).
* Wir zeichnen die Geometrie mit dem FEM-Editor wegen des 2D-Problems in der YZ-Ebene.
* Wir zeichnen die Geometrie mit dem FEM-Editor wegen des 2D-Problems in der YZ-Ebene und wählen den 2D-Elementtyp.
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* Um Abhängigkeiten und Lasten Konstruktionsobjekten zuweisen zu können, müssen wir im ''Simulation Multiphysics'' die freie Vernetzung benutzen.
* Um Abhängigkeiten und Lasten Konstruktionsobjekten zuweisen zu können, müssen wir im ''Simulation Multiphysics'' die freie Vernetzung benutzen.
* Die Verwendung von Quad-Elementen ermöglicht die Netz-Qualität einer strukturierten Vernetzung. 
* Berechnungsfehler summieren sich ausgehend von der linken Einspannung multipliziert mit dem jeweiligen Abstand zur rechten Seite auf:
* Berechnungsfehler summieren sich ausgehend von der linken Einspannung multipliziert mit dem jeweiligen Abstand zur rechten Seite auf:
** die Vernetzung sollte so gestaltet werden, dass die Genauigkeit der Berechnung an der linken Einspannseite möglichst hoch ist.  
** die Vernetzung sollte 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.  
** auf Grund der unsymmetrischen Einspannung müssen links mehrere Elementschichten vorgesehen werden.  
* 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:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Feldkopplung_-_bimetall_-_netz6x41.gif| ]] </div>
* Als günstig erscheint eine Vernetzung mit 3 Element-Schichten pro Materialschicht. Die Verwendung von Quad-Elementen ermöglicht die Netz-Qualität einer strukturierten Vernetzung.
Die linke Seite kann man z.B. mit einem Bias-Wert=2 enger vernetzen:<div align="center"> [[Bild:Software_FEM_-_Tutorial_-_Feldkopplung_-_bimetall_-_netz6x41.gif| ]] </div>
 


'''Die Einspannung''' auf der linken Seite sollte die wirklichen Verhältnisse einigermaßen nachbilden:
'''Die Einspannung''' auf der linken Seite sollte die wirklichen Verhältnisse einigermaßen nachbilden:

Version vom 11. April 2013, 13:24 Uhr

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

Wir bilden das Finite Element Modell Bimetall_xx.fem (xx=Teilnehmer-Nr. 00..99) direkt im FEM-Editor von Simulation Multiphysics ohne Beteiligung eines CAD-Systems:

  • Beim Öffnen eines neuen Modells muss man eine Berechnungsart wählen, welche man aber nachträglich in den Szenarien noch ändern kann.
  • Mit dem zu entwickelnden Modell werden wir zuerst stationär nur die End-Erwärmung berechnen. D.h., wir wählen die Berechnungsart > Thermisch > Statische Wärmeübertragung.

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 einige Vorüberlegungen:

  • Der Bimetall-Streifen kann auf Grund seiner konstanten Breite (8mm) und Homogenität als 2D-Problem behandelt werden (Dicke der 2D-Elemente=8 mm).
  • Wir zeichnen die Geometrie mit dem FEM-Editor wegen des 2D-Problems in der YZ-Ebene und wählen den 2D-Elementtyp.
  • Um Abhängigkeiten und Lasten Konstruktionsobjekten zuweisen zu können, müssen wir im Simulation Multiphysics die freie Vernetzung benutzen.
  • Berechnungsfehler summieren sich ausgehend von der linken Einspannung multipliziert mit dem jeweiligen Abstand zur rechten Seite auf:
    • die Vernetzung sollte 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.
  • Als günstig erscheint eine Vernetzung mit 3 Element-Schichten pro Materialschicht. Die Verwendung von Quad-Elementen ermöglicht die Netz-Qualität einer strukturierten Vernetzung.

Die linke Seite kann man z.B. mit einem Bias-Wert=2 enger vernetzen:

Software FEM - Tutorial - Feldkopplung - bimetall - netz6x41.gif


Die Einspannung auf der linken Seite sollte die wirklichen Verhältnisse einigermaßen nachbilden:

  • Der linke obere Eck-Knoten ist in X- und Z-Richtung fest .
  • Die übrigen linken Rand-Knoten können sich in Z-Richtung frei bewegen (wegen der Nachgiebigkeit der Einspannung). Eine Bewegung in X-Richtung ist unzulässig:
    Software FEM - Tutorial - Feldkopplung - bimetall - netz6x41-einspannung.gif
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