Anliza_termica ansys
6
5 Analiza termică Analiza termică urmăreşte calculul distribuţiei de temperatură şi a celorlalte mărimi care caracterizează starea termică într -un obiect: cantitatea de căldură cedată sau absorbită, gradientul termic, fluxul termic. De multe ori analiza termică este urmată de o analiză de tensiuni, pentru a determina tensiunile datorate contracţiilor sau dilatărilor termice. Ȋ n programele de analiză structurală prin elemente finite se poate simula transferul de căldură prin conducţie, convecţ ie (pentru structuri 3D, 2D sau axial-simetrice care vin ȋn contact cu o peliculă de lichid) sau prin radiaţ ie. Mărimi caracteristice fenomenelor termodinamice: Q – Fluxul de caldură [W/m 2 ] sau debitul de caldură reprezintă cantitatea de căldură care trece ȋn unitate de timp printr -o suprafaţă: A dA q Q (7.1) unde q - fluxul de caldură unitar (pe unitatea de suprafaţă), ȋn unitatea de timp, pe direcţia n, normală la suprafaţă. Ecuaţia conducţ iei termice este: n T q n n (7.2) unde n - conductivitatea termică al materialului pe directia n [W/m 2 º K]. Acesta se determină experimental şi variază cu temperatura. n T este gradientul de temperatur ă după direcţ ia n. Energia generată ȋ n structur ă 3D de o sursă de caldur ă este: V q E V g (7.3) unde q V - fluxul de caldură volumic, iar V – volumul structurii [m 3 ]. Variatia energiei interne a structurii este: t T cV E int (7.4)
Transcript of Anliza_termica ansys
8/10/2019 Anliza_termica ansys
http://slidepdf.com/reader/full/anlizatermica-ansys 1/5
8/10/2019 Anliza_termica ansys
http://slidepdf.com/reader/full/anlizatermica-ansys 2/5
8/10/2019 Anliza_termica ansys
http://slidepdf.com/reader/full/anlizatermica-ansys 3/5
3
Caracteristicil e de material variază cu temperatura. Ecuaţia care guverneazăanaliza termică în regim neliniar este:
iii QT K }{}{][ 1 (7.8)unde i este numărul iteraţiei.
Prima iteraţie rezolvă sistemul de ecuaţii la temperatura iniţială, iar următoareleiteraţii utilizează temperaturile din iteraţia precedentă pentru determinarea matriceiconductivităţii. Procesul iterativ continuă până când se realizează convergenţa. Numărulde iteraţii necesar pentru o soluţie precisă depinde de tipul de neliniaritate considerat înproblemă. Algoritmul de rezolvare este Newton- Raphson.
7.2 Analiza în regim termic tranzitoriu (Transient Thermal)
Acest tip de
analiză urmăreştedeterminarea distribuţieide temperatură într -ostructură ca funcţie detimp sau anticiparea
căldurii acumulate însistem. Deoarece
majoritatea fenomenelor termice sunt de natură tranzitorie, această simulare este cel maifrecvent folosită.
Analiza termică poate fi liniară sau neliniară, dacă se consideră variaţiacaracteristicilor de material cu temperatura, şi anume: conductivitatea termică, căldura
specifică şi densitatea. Aceste proprietăţi de material variază semnificativ cu temperatura.
Prin urmare, analiza termică n regim tranzitoriu este, de obicei, neliniară. Deosebirea
esenţială faţă de analiza termică în regim staţionar este faptul că încărcările sunt funcţii detimp şi trebuie activa te efectele integrării numerice. n fig. 7.1 este prezentat un exemplude solicitare termică variabilă n timp ntr -o analiză n regim tranzitoriu. Pentru fiecare
temperatură trebuie specificată valoarea şi durata de aplicare, precum şi modul deaplicare, şi anume: treaptă, sau cu incrementare automată.
Căldura specifică este utilizată pentru a se considera efectul acumulării de căldură.
Ecuaţia care guvernează analiza este:
Fig. 7.1 Variaţia n timp a temperaturii exterioare
8/10/2019 Anliza_termica ansys
http://slidepdf.com/reader/full/anlizatermica-ansys 4/5
4
iiiii QT K T C }{}{][}{][ 11 (7.9)
unde [C] este matricea căldurii specifice, iar [K] – matricea conductivităţii termice.
Integrarea se face prin metoda Crank-Nicholson/Euler. n urma analizei se obţ ine evolu ţia n timp a temperaturii (Fig. 7.2).
Fig. 7.2 Variaţia n timp a temperaturii ntr- o structură
Observaţ ie: Ca şi n cazul analizei de tensiuni, discretizarea trebuie s ă fie fin ă,uniformă şi s ă urmăreasc ă distribuţ ia de temperatur ă ca amprent ă.
ncărcă ri specifice analizei termice
Solicitările specifice analizei termice sunt: temperatura, care poate fi constantă,
dată tabelar n funcţie de timp (Tabular (Time) ), sau ca o funcţie matematică (Function )
convecţie pe suprafeţe n contact cu fluide (Convection ), radiaţie termică aplicată pe ofaţă sau o muchie a modelului 3D (Radiation ) – n acest caz se indică emisivitateatermică şi temperatura mediului ambiant, suprafaţa perfect izolată termic (Perfectly
Insulated ), fluxul de căldură (Heat Flux), căldura internă (Internal Heat Generation ),
temperatura provenind dintr- o analiză CFX pentru o analiză fluid-structură (ConditionsCoupled ), ncărcări importate din programul Ansoft HFSS, Maxwell sau Q3D
Extractor (Imported Loads Ansoft).
Fig. 7.3
8/10/2019 Anliza_termica ansys
http://slidepdf.com/reader/full/anlizatermica-ansys 5/5
5
7.3 Analiza cuplat ă termic-structural
Analiza termică n regim staţ ionar sau tranzitoriu poate constitui condi ţ ie ini ţ ială
pentru analiza static ă-structurală. n acest caz se obţ in deplas ările sau tensiunile datoratesolicitărilor termice . Acestă simulare este o analiză cuplată termic- structural, sau ndomeniul „multiphysics”, pentru că permite combinarea a două fenomene fizice: termic şimecanic (Fig. 7.4-a). n interfaţa grafică a proiectului conectarea analizelor se faceinteractiv, prin translatarea diferitelor module pentru care se doreşte conectarea, sau prin
Solution Transfer data to New Static Structural (Fig. 7.4 -b)
a. b.Fig. 7.4 Cuplarea analizei termice cu cea structurală
Pentru ca rezultatele s ă convearg ă se introduc restricţ iile mecanice
corespunz ătoare problemei statice.
Fig. 7.5
Un site util pentru găsirea caracteristicilor de material este MatWeb , care se
găseşte la adresa: www.matweb.com.
