Obliczenia termomechaniczne w programie MIDAS NFX

Wariant 2: Naprężenia termiczne w stanie ustalonym (transient heat transfer)

Analizy stanów nieustalonych są bardzo przydatne w elektrotechnice, zwłaszcza w odniesieniu do komutacji obwodów elektrycznych. Dlatego też do przeprowadzenia przedstawionych w niniejszym rozdziale przykładowych obliczeń użyto modelu geometrycznego konektora oczkowego.

Analiza termiczna typu Transient, podobnie, jak analiza liniowa, wymaga w swoich początkowych etapach zdefiniowania warunków utwierdzenia i obciążenia – w tym wypadku konwekcji dla odpowiednich obszarów modelu dyskretnego (rysunek 7).

Rys. 7. Model dyskretny konektora oczkowego wraz z warunkami brzegowymi

Podobnie, jak w przypadku analizy liniowej, w wyniku przeprowadzenia analizy typu transient użytkownik programu MIDAS NFX otrzymuje informację nie tylko odnośnie wielkości termicznych, lecz także mechanicznych. Zasadnicza różnica polega jednak na możliwości wprowadzenia obciążeń w czasie i jednocześnie możliwości odczytania wyników dla każdego z czasowych kroków pośrednich. Proces przykładania obciążenia uogólnionego dzielony jest bowiem na skończoną liczbę kroków, a samo obciążenie staje się tym samym funkcją czasu.

Na poniższych rysunkach przedstawiono sposób prezentowania wyników w programie MIDAS NFX. Rysunki 8 i 9 pokazują warstwice wielkości termicznych, natomiast rysunki 10 i 11 wartości mechanicznych. Są to wyniki odpowiadające wybranemu, przykładowemu krokowi. Na potrzeby niniejszego artykułu wybrano krok ostatni, odpowiadający w istocie początkowi stanu ustalonego.

Rys. 8. Warstwice rozkładu gradientu temperatury dla ostatniego kroku obciążania modelu

Rys. 9. Warstwice rozkładu strumienia ciepła dla ostatniego kroku obciążania modelu

Rys. 10. Warstwice rozkładu przemieszczeń dla ostatniego kroku obciążania modelu

Rys. 11. Warstwice rozkładu naprężeń ekwiwalentnych dla ostatniego kroku obciążania modelu

Dzięki nowoczesnym narzędziom inżynierskim prowadzenie analiz termicznych charakteryzuje się prostotą niewiele mniejszą niż ta towarzysząca podstawowym obliczeniom mechanicznym w zakresie statyki.

Odpowiednio zaprojektowane programy obliczeniowe pozwalają konstruktorom w bardzo przyjazny i intuicyjny sposób uwzględniać w projektach fakt, że występowanie w konstrukcji naprężeń ma miejsce nie tylko na skutek oddziaływania obciążeń mechanicznych, ale również termicznych.

Przykładem programu wpisującego się bardzo dobrze w opisane w artykule potrzeby inżynierskie jest MIDAS NFX, w którym wykonano przykładowe analizy przytoczone w treści artykułu. Kluczowe dla zapewnienia intuicyjności oraz prostoty obsługi nowoczesnych programów obliczeniowych jest stworzenie dedykowanych, specjalistycznych narzędzi, dzięki którym operacja oparta na skomplikowanej teorii dostępna jest często nawet pod jedną ikoną. Dodatkowym ułatwieniem jest charakterystyczna dla programu MIDAS NFX wstążka z zakładkami pozwalającymi błyskawicznie zlokalizować ikony dedykowane danemu rodzajowi obliczeń. Jak widać – proste w swej istocie zabiegi stosowane przez twórców nowoczesnego oprogramowania inżynierskiego sprawiają, iż przejście z poziomu podstawowych analiz statycznych w obszarze liniowym do pozornie znacznie bardziej skomplikowanych analiz termo- mechaniki nieliniowej nie jest już trudną do pokonania zmianą jakościową, lecz jedynie ilościową. Te i wiele innych możliwości, jakie otwiera przed współczesnym inżynierem dobrze przygotowane i dobrane oprogramowanie specjalistyczne ułatwiają proces projektowania już dziś i stanowią bardzo optymistyczną prognozę na przyszłość.