FEM-Thermische Analyse
Wärmeübertragung und thermische Spannungsanalyse
Übersicht
Die thermische Analyse sagt Temperaturverteilungen und Wärmefluss in Ihrem Design voraus. confBuild unterstützt drei thermische Analysetypen, von einfacher stationärer bis zur vollständig gekoppelten thermo-mechanischen Simulation.
Stationär
Gleichgewichtstemperatur
Transient
Zeitabhängige Wärmeübertragung
Thermo-Mechanisch
Gekoppelt thermisch & strukturell
Stationäre Thermik
Berechnet die Gleichgewichts-Temperaturverteilung bei ausgeglichenem Wärmeeintrag und -austrag. Die Zeit ist kein Faktor.
Wann verwenden
- Kühlkörper- und Kühlsystemdesign
- Bewertung der Isolationsleistung
- Stationäre Betriebsbedingungen von Anlagen
- Wärmebrückenanalyse in Gebäuden
Konfiguration
analysisType
thermal
Analysetyp-Auswahl
thermalAmbientTemp
20
Umgebungstemperatur (°C)
Randbedingungen
- Temperatur: Feste Temperatur auf Oberflächen vorgeben (z.B. 100°C an Wärmequelle, 20°C an kalter Seite)
- Wärmestrom: Wärmestromdichte pro Flächeneinheit (W/m²) auf Oberflächen anwenden
Ausgabefelder
temperature
Temperaturverteilung (°C)
heat_flux_magnitude
Wärmestromdichte (W/m²)
Transiente Thermik
Simuliert, wie sich die Temperatur über die Zeit ändert, einschließlich Erwärmungs- und Abkühlungsprozessen.
Wann verwenden
- Simulation von Aufheiz- und Abkühlzyklen
- Thermoschockanalyse
- Temperaturprofile beim Schweißen und Löten
- Thermomanagement elektronischer Bauteile
Konfiguration
analysisType
thermal_transient
Analysetyp-Auswahl
thermalTransientDuration
60
Simulationsdauer (Sekunden)
thermalTransientSteps
50
Anzahl der Zeitschritte
Materialanforderungen
Transiente thermische Analyse erfordert zusätzliche Materialeigenschaften über den Elastizitätsmodul hinaus:
- Wärmeleitfähigkeit (k) — W/(m·K) — Wärmeleitungsrate
- Spezifische Wärmekapazität (cp) — J/(kg·K) — Wärmespeicherkapazität
- Dichte (ρ) — kg/m³ — Erforderlich für thermische Massenberechnung
Alle 39 Materialien in der confBuild-Bibliothek enthalten diese Eigenschaften.
Thermo-Mechanische Analyse
Koppelt thermische und strukturelle Analyse zur Berechnung thermischer Spannungen durch Temperaturgradienten und eingeschränkte Wärmedehnung.
Wann verwenden
- Wärmedehnungsspannung in eingespannten Baugruppen
- Bimetallstreifen und Bi-Material thermische Effekte
- Thermische Spannung in Motor- und Turbinenbauteilen
- Leiterplattenverzug unter thermischer Zyklierung
Konfiguration
analysisType
thermo_mechanical
Analysetyp-Auswahl
Erfordert sowohl mechanische RB (Einspannungen) als auch thermische RB (Temperaturen/Wärmestrom).
Best Practices
Tipps für genaue thermische Simulationen.
Empfehlungen
- Für transiente Analyse genügend Zeitschritte sicherstellen, um Temperaturgradienten zu erfassen
- Feineres Netz in Bereichen mit hohen thermischen Gradienten verwenden
- Überprüfen Sie, dass die thermischen Materialeigenschaften für Ihren Temperaturbereich realistisch sind
- Für thermo-mechanisch: Zuerst eine rein thermische Analyse durchführen, um die Temperaturverteilung zu verifizieren, dann mit Strukturanalyse koppeln
- Konvektionseffekte durch geeignete Wärmeübergangskoeffizienten an freiliegenden Oberflächen berücksichtigen