Software: FEM - Tutorial - Feldkopplung - Thermo-Bimetall - Stationaere FEMAP-Simulation

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Stationäre Simulation (FEMAP mit MEANS)

In der Kupferschicht soll eine Wärmeleistung von (20+x,x) W generiert werden, wie dies bereits einleitend beschrieben wurde:

• Wir definieren für das gleiche Modell einen neuen Lastfall Waerme - stationaer.
• Die Wärmeleistung (Heat Generation) ist Volumenbezogen [W/m³] für alle Kupfer-Elemente als Load anzugeben.

Hinweise:

• Wir können auch eine Formel mit den Kantenabmessungen in das entsprechende Dialogfeld eingeben, so dass man den Wert nicht zuvor ausrechnen muss!
• Wir überprüfen, ob alle Kupfer-Elemente mit der Wärmeleistung belegt wurden, indem wir mittels der View Quick Options <Strg>+ den entsprechenden Load-Typ darstellen lassen. Eventuell muss man mittels der View Options <F6> für diese Loads noch die Werte einblenden.
• Aufgrund der Vielfalt der verschiedenen Informationen werden wir im weiteren zur Wahrung der Übersichtlichkeit gezielt mit diesen Darstelloptionen arbeiten (Form der Darstellung, Ein-/Ausschalten).

Die Vorgabe der Zwangstemperatur von 40°C an der linken und rechten Stirnseite des Bimetalls erfolgt mittels Knotenlast-Last auf die Rand-Knoten. Die Konvektion an der Ober- und Unterseite erreichen wir mittels Element-Last Convection:

• Wir definieren die Konvektion getrennt für die Ober- und Unterseite.
• Coefficient =5 W/(K·m²)
• Temperature =40°C (entspricht der Umgebungstemperatur)
• Forced Convection =nicht aktiv (das wäre ein Spezialfall!)
• Die Wahl der gekühlten Oberfläche erfolgt gesteuert über die Nähe zur Y-Koordinate.
• Der Toleranz-Wert ist dabei so gering zu wählen, dass nur die richtigen Elementflächen mit Konvektion belegt werden.

Das rechte Bild zeigt einen beispielhaften Netz-Ausschnitt an der linken Einspannung mit den thermischen Lasten. Das Ergebnis der stationären Wärmeberechnung muss folgende qualitative Merkmale aufweisen:

• Die Invar-Schicht muss an allen Stellen fast die gleiche Temperatur aufweisen, wie die Kupferschicht (kein vertikales Temperatur-Profil)
• Das horizontale Temperatur-Profil weist in der Mitte die höchste Temperatur auf.
• Die Temperatur fällt zu den Enden kontinuierlich ab und erreicht dort die Temperatur-Vorgabe von 40°C:
  

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