FEM: Software • Schulung Entwicklung • Berechnung ... - CADFEM.CH

20
CADFEM GmbH INFOPLANER 2/2005
ANSYS 10.0:
Transiente thermische Berechnung in Workbench integriert
Lagen die Entwicklungsschwerpunkte bei der Workbench
bisher vor allem in der Strukturmechanik, steht ANSYS 10.0
ganz im Zeichen der Multiphysics-Anwendungen. Für Temperaturfeldberechnungen
bedeutet das
• die Ausführbarkeit transienter Analysen,
• die Ergänzung der Randbedingungen um (Ab-)Strahlung
und
• die einfache Handhabung des Simulationsprozesses von
thermischen Spannungen.
Transiente Berechnungen in Workbench 10.0
Ausgangspunkt für die Berechnung des Zeitverlaufs ist eine
stationäre Temperaturfeldberechnung, die per Mausklick zur
Anfangsbedingung der transienten Berechnung wird. Nach der
Defi nition von Randbedingungen und Endzeit anhand der automatisch
eingefügten Steuerobjekte beginnt die Rechnung, wobei
die Temperaturverläufe für das globale Minimum und Maximum
bereits während der Berechnung eingeblendet sind, der Fortschritt
also überwacht werden kann. Nach Auswahl eines Ergebniszeitpunktes
ermöglicht wiederum ein einziger Mausklick den
Übergang in die Spannungsberechnung. Alternativ kann durch
die gleichzeitige Wahl mehrerer Schritte eine Lastschrittfolge
berechnet werden. Die häufi g gestellte Frage, bei welcher thermischen
Belastung die maximalen Spannungen auftreten, ist
damit auf einfache Art und Weise zu beantworten.
Selbstverständlich kann dieses Vorgehen bei gleicher Ausgangstemperatur
im gesamten Berechnungsgebiet abgekürzt
werden. Ebenso stehen die – möglicherweise aus ANSYS Classic
gewohnten – Steuerungsoptionen zur Verfügung:
• Automatische Zeitschrittsteuerung
• Freie Defi nition von „Pfl icht”-Zeitpunkten für die Berechnung
und
• Festlegung einer Frequenz für das Herausschreiben von
Ergebnissen
Appllications and Technology
All das wird in gewohnter Workbench-Manier grafi sch veranschaulicht.
Die Lastkurven, die per Tabelle als diskrete Funktion
über der Zeit einzugeben sind, sind transparent weil jederzeit
sichtbar.
Gleiches gilt für die Ergebnisdarstellung: Plots für einzelne Zeitpunkte
werden mit der Maus aus einem Fenster geholt, das alle
Minimum-/Maximum-Kurven enthält. Die Verlaufskurven können
für beliebige Punkte innerhalb des Modells erzeugt werden und
wahlweise einzeln oder gemeinsam dargestellt werden. Der in
Workbench übliche Excel-Export rundet das Postprocessing ab.
Zeitschrittwahl
Die Ausgabe 1/2005 des Infoplaners enthielt auf den Seiten
44-45 einen Artikel zu Zeitintegrationsverfahren. Das dort angesprochene
Thema unphysikalischer Oszillationen kann mit dem in
ANSYS verwirklichten impliziten Verfahren (Backward Euler) vermieden
werden – jedoch nicht immer ohne Genauigkeitsverluste.
Insbesondere im Bereich der Elektronik werden angesichts kleiner
Volumina und damit kleiner Kapazitäten und Zeitkonstanten sehr
kleine Zeitschritte benötigt – gerade, wenn die Gradienten durch
Netzverfeinerung besser abgebildet werden sollen.
Es obliegt dabei dem Nutzer, den Zeitschritt anzupassen. Dies
sollte vor der Rechnung unter Berücksichtigung der lokalen zu
erwartenden Zeitkonstanten geschehen. Die Software selbst gibt