Теплопроводность и оценка термопрочности конструкций
Thermo: Тепловой анализ
Опция Thermo является дополнительной функциональной возможностью конечно-элементного ядра APM Structure3D, являющегося основой таких программных продуктов как APM WinMachine и APM Civil Engineering.
В программных продуктах APM возможно проведение теплового анализа как отдельных элементов конструкции, так и сборок в целом. Для описания тепловых процессов используется метод конечных элементов.
Для решения теплового взаимодействия в конструкции в программных продуктах АПМ предусмотрено два типа теплового анализа:
- стационарная теплопроводность – процесс теплопередачи, при котором поле температур является постоянным и не зависит от времени;
- нестационарная теплопроводность – процесс теплообмена, при котором поле температур напрямую зависит от времени процесса.
Процесс проведения теплового анализа в программных продуктах АПМ разделен на три основных этапа:
- препроцессорная подготовка информации – подготовка расчетной модели (создание конечно-элементной модели, задание физических свойств материалов, воздействий (тепловых нагрузок) на конструкцию);
- процессорная обработка информации – задание параметров расчета и проведение расчета;
- постпроцессорная обработка информации – просмотр и анализ результатов расчета.
Стоимость лицензии опции Программного продукта предоставляется по письменному запросу на официальный электронный адрес компании com@apm.ru. Стоимость зависит от типа лицензии и варианта ключа лицензирования, а также от конфигурации и комплектации, если таковая имеется.
Тепловой анализ в продуктах APM
Препроцессорная подготовка информации
В программных продуктах АПМ предусмотрены различные способы создания конечно-элементной модели. В модуле APM Studio возможно создание оболочечной или твердотельной геометрической модели или импорт файлов CAD модели из сторонних продуктов, с последующим автоматическим созданием конечно-элементной сетки. В модуле APM Structure3D предусмотрены инструменты для создания собственных конечно-элементных моделей или редактирования импортируемых.
Для проведения теплового расчета всем элементам конструкции необходимо задать термические свойства: коэффициент температурного расширения, теплоемкость и теплопроводность. Термические свойства материала могут быть заданы в виде постоянного значения, графика, таблицы или функции от температуры.
Если термические свойства материала анизотропные, необходимо задать коэффициент температурного расширения и теплопроводность в различных направлениях (X, Y, Z).
Для моделирования задач теплового расчета пользователю доступны следующие виды начальных и граничных условий:
- Температура в начальный момент времени включает режим задания начального условия (НУ) в виде температуры на стержень, пластину, объемный элемент. Учитывается только в нестационарном расчете.
- Температура включает режим задания граничного условия (ГУ) в виде температуры на узел, стержень, пластину, объемный элемент.
- Тепловой поток включает режим задания ГУ в виде теплового потока (мощности) на узел, стержень, пластину, объемный элемент.
- Объемный источник тепла включает режим задания ГУ в виде теплового потока (мощности) распределенного по всему объему стержня, пластины, объемного элемента.
- Тепловая точечная масса включает режим задания ГУ в виде добавочной теплоемкости в узле. Учитывается только в нестационарном расчете.
- Скорость потока включает режим задания ГУ в виде скорости потока среды на объемный элемент.
- При задании скорости потока необходимо, чтобы выполнялось условие – число Пекле для элемента должно быть меньше 1.
- Температура в начальный момент времени на поверхности включает режим задания НУ в виде температуры на поверхность стержня, пластины, объемного элемента.
- Температура на поверхности включает режим задания ГУ в виде температуры на поверхность стержня, пластины, объемного элемента.
- Тепловой поток на поверхности включает режим задания ГУ в виде теплового потока распределенного на поверхности стержня, пластины, объемного элемента.
- Конвекция включает режим задания ГУ в виде конвективного теплообмена на поверхности стержня, пластины, объемного элемента.
- Излучение включает режим задания ГУ в виде теплообмена излучением на поверхности стержня, пластины, объемного элемента.
Процессорная обработка информации
Для проведения теплового расчета необходимо нужно выбрать Расчет стационарной теплопроводности или Расчет нестационарной теплопроводности и выбрать Загружение для которого будет производиться расчет.
При выборе Расчета нестационарной теплопроводности необходимо указать следующие настройки расчета:
- Интервал – промежуток, для которого будет проводиться тепловой расчет;
- Моментов время – количество шагов, на которое будет поделен интервал и для которых будут доступны результаты теплового расчета.
Постпроцессорная обработка информации
Модуль постпроцессорной информации включает визуализацию результатов анализа в виде контурных и векторных статических карт, а также в виде анимаций скалярных и векторных полей.
Для стационарной теплопроводности доступны следующие карты результатов:
- Температура;
- Тепловой поток;
- Векторный тепловой поток;
- Градиент температуры;
- Векторный градиент температуры.
Для нестационарной теплопроводности добавляется еще карта результатов – Скорость изменения температуры.
При выводе результатов можно настроить следующие параметры:
- вид карты (изообласти, максимальные значения в элементе);
- количество изоуровней;
- усреднение значений по узлам;
- показывать шкалу в виде гистограммы;
- недеформированная конструкция (КЭ сетку).
Для нестационарной теплопроводности доступны карты результатов в различные моменты времени.
