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Rampenfunktion für Wärmelasten und konvektive Randbedingungen
Bei einer transienten Wärmeanalyse aktiviert Creo Simulate jegliche Wärmelast oder konvektive Bedingung, die zu Beginn der Analyse nicht gleich null ist. Da ein adaptiver Algorithmus verwendet wird, setzt Creo Simulate den Polynomgrad auf den maximal möglichen Wert, um unmittelbare Änderungen der Wärmelast oder der konvektiven Bedingung zu erfassen.
Der Algorithmus ist effektiver, wenn alle Wärmelasten und konvektiven Bedingungen von null bis zu ihrem Endwert über einen kurzen Zeitraum in Rampenform verteilt werden. Sie können zur Berechnung der Zeit die nachfolgend behandelten Netzparameter und Materialeigenschaften verwenden.
Die Finite-Elemente-Methode kann nur Zeitskalen der Ordnung
erfassen, wobei die Dichte, c die spezifische Wärme, k die Leitfähigkeit, L die größte Länge eines Elements und p der Polynomgrad ist. Jede Zeitskala, die erheblich kleiner ist, verursacht Fehler. Beispiel: Wenn Sie eine zeitabhängige Wärmelast oder Umgebungstemperatur eingeben, bei der es sich um eine Sinuskurve handelt, deren Schwingungsdauer deutlich kleiner ist als dieser Wert, weist die Lösung einen erheblichen Fehler auf. Daher muss für jede Rampenfunktion eine Schwingungsdauer verwendet werden, die mindestens so groß wie der lokale Wert von ist, berechnet für die Elemente, die an die der Wärmelast oder konvektiven Randbedingung ausgesetzten Elemente angrenzen.
Eine konvektive Bedingung mit einer großen Biot-Zahl kann eine dünne Schicht mit großen Temperaturgradienten erzeugen, die so klein ist, dass Creo Simulate sie nicht präzise darstellen kann. Creo Simulate definiert die Biot-Zahl wie folgt,
wobei h der Wärmeübergangskoeffizient, k die Leitfähigkeit und L die größte Länge eines Elements in Creo Simulate ist. Wenn die Biot-Zahl deutlich größer als 1 ist, kann die Lösung einen erheblichen Fehler aufweisen. Sie können den Fehler in der Lösung verringern, indem Sie die Umgebungstemperatur von der Anfangsbedingung des Modells bis zum Endwert über einen Zeitraum größer mit einer Rampenfunktion verteilen. Sie können den lokalen Wert von für Elemente verwenden, die an konvektive Randbedingungen angrenzen, und, wie oben erwähnt, in vielen Fällen präzise Ergebnisse erhalten.
Zur Modellierung einer zeitabhängigen vorgegebenen Temperatur können Sie eine konvektive Randbedingung mit einem großen h-Wert eingeben und die Umgebungstemperatur als zeitabhängige Funktion gleich der gewünschten vorgegebenen Temperatur einstellen. Eine Biot-Zahl von 100 müsste dabei ausreichend sein. Die Umgebungstemperatur darf sich nicht schneller ändern als