Numerische Simulation | Themomechanik

Die thermomechanische Simulation ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um das Verhalten von Materialien und Systemen unter thermischer und mechanischer Belastung zu verstehen und vorherzusagen. Sie bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf ein optimiertes Design, die Vermeidung von Fehlern, die Senkung der Kosten und der Entwicklungszeit sowie das Verständnis physikalischer Phänomene. So können kritische Bereiche bei realen Betriebstemperaturen identifiziert, der Betrieb oder die Wartung optimiert, physikalische Tests gezielter durchgeführt, Materialien ausgetauscht, das Design neu gestaltet und Änderungen nach der Fertigstellung minimiert werden. Die Lösung wird sich mit den Iterationen aufbauen, die das thermomechanische Verhalten des Produkts numerisch reproduzieren.

Die thermomechanische Simulation kann über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts eingesetzt werden und insbesondere :

Wie sich Materialien unter bestimmten Temperatur- und Spannungsbedingungen verformen und verhalten. Die Simulation ist auch ein Vorteil bei der Entwicklung neuer, leistungsfähigerer, recycelter, wiederverwertbarer usw. Materialien.

Um leichte und widerstandsfähige Strukturen zu entwerfen, die den hohen Temperaturen standhalten, die in extremen Umgebungen auftreten.

Mithilfe der thermomechanischen Simulation können Bereiche identifiziert werden, die übermäßiger Verformung, kritischen Spannungen oder hohen Temperaturen ausgesetzt sein könnten. Potenzielle Ausfälle zu kennen, ermöglicht es, vorbeugende Maßnahmen und Wartungspläne umzusetzen.

Die thermomechanische Simulation ermöglicht es auch, transiente Phänomene wie schnelle Temperaturänderungen oder Abkühlungs- und Aufheizungsprozesse fein und frei von variierenden physikalischen Beschränkungen zu untersuchen.

Unsere Teams stehen bereit, um Ihnen wertvolle technische Unterstützung bei Ihren Projekten zur Gestaltung von Kühlsystemen zu geben oder um die Reaktionen von Materialien auf plötzliche Temperaturschwankungen vorherzusehen. Ausgestattet mit solidem Fachwissen über mechanische Verhaltensgesetze und Materialeigenschaften, einschließlich komplexer Medien, werden unsere Fachingenieure Sie sicher führen. Unser Engagement umfasst :

Die Leistungsbewertung des Verhaltens Ihrer Produkte unter ihren Einsatzbedingungen und die Optimierung ihres Verhaltens durch Austausch von Materialien, Hinzufügen einer Beschichtung und Verbesserung der Geometrie (z. B. durch Optimierung der Kühlkanäle).
die Verknüpfung der Ergebnisse der thermischen Analyse mit einer mechanischen Studie (unidirektional oder bidirektional) oder sogar mit einer Studie über die Wechselwirkung zwischen Flüssigkeiten und Strukturen (FSI) oder einer CFD-Analyse.
Die Berücksichtigung aller Arten von Wärmeübertragung: Wärmeleitung, natürliche oder erzwungene Konvektion, Strahlung, aber auch Phänomene wie Phasenwechsel oder Energiedepots.

Die Auswahl der Tools erfolgt systematisch in Absprache mit Ihren Teams, damit sie die Modelle wieder outsourcen können, wenn sie es wünschen. Die wichtigsten verwendeten Werkzeuge sind :

für seine Fähigkeit, fortgeschrittene thermomechanische Analysen durchzuführen. Es bietet eine breite Palette an Funktionen zur Modellierung und Lösung von Wärmeübertragungs-, Verformungs- und Spannungsproblemen.

Denn es ermöglicht die Modellierung von thermischen und mechanischen Wechselwirkungen, Nichtlinearitäten, Kontakten etc.

Für seine fortschrittlichen Analysemöglichkeiten und Materialmodelle

Für seine fortschrittlichen Fähigkeiten zur thermomechanischen Analyse, insbesondere zur Modellierung und Lösung von Wärmeübertragungs-, Dehnungs- und Spannungsproblemen in einer Vielzahl von Anwendungen.

Standard, der sich auf mechanische und thermomechanische Analysen konzentriert. Damit lassen sich komplexe Probleme lösen, die nichtlineare Materialien, Kontakte, große Verformungen usw. beinhalten.

SOLIDWORKS Simulation bietet Funktionen zur Durchführung thermomechanischer Analysen, einschließlich Wärmeübertragung, struktureller Verformung und thermischer Reaktion von Baugruppen.

das mit seinen Modulen für Wärmeübertragung, Strukturmechanik usw. die Lösung gekoppelter thermomechanischer Probleme ermöglicht.

Um relevante Antworten zu gewährleisten, bieten Ihnen unsere Teams aktive Unterstützung, indem sie Sie durch den Prozess führen: von der Ermittlung der anfänglichen Bedürfnisse bis hin zur Umsetzung, wodurch sichergestellt wird, dass Sie in jeder Phase Ihres Projekts eine passende Lösung erhalten.

Die Validierung des digitalen Modells, das für das reale System, das Sie untersuchen möchten, repräsentativ ist. Unter Berücksichtigung der geeigneten thermischen und mechanischen Eigenschaften des Materials sowie der Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Teilen des Systems bzw. der Auswahl akzeptabler Analogien
Die Definition von Randbedingungen wie Temperaturbedingungen, angewandte Spannungen, externe Kräfte etc.
Die Erstellung des diskretisierten Modells: Ein geeignetes Netz ist entscheidend, um genaue Ergebnisse zu erzielen und gleichzeitig Modellgrößen und Rechenzeiten leicht handhabbar zu halten.
Die Korrelation von Materialdaten, experimentelle Validierung, Überwachung der physikalischen Tests und des numerischen Modells.
Analyse und Interpretation der Ergebnisse mit dem Projektteam, um Optionen zu validieren oder zusätzliche Iterationen zu definieren, die in Betracht gezogen werden sollten.

Ausführungsbeispiele :

In der Atomindustrie ist die thermomechanische Simulation von entscheidender Bedeutung, um die Sicherheit der Ausrüstung unter extremen Belastungen zu gewährleisten. Beispielsweise werden bei der Auslegung eines Reaktors Standards wie ASME, RCC-M, RCC-MRx befolgt, um die thermomechanischen Auswirkungen auf Hochdruckbehälter zu bewerten. Die Nuklear-Codes decken Schweißnähte und Strukturen ab. Simulationen helfen bei der Vorhersage von Verformungen, Belastungen und potenziellen Ausfällen und sorgen so für Zuverlässigkeit und Sicherheit gemäß strengen Normen wie EN-13445.

Die thermomechanische Simulation ist in der Medtech-Branche von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei der Entwicklung orthopädischer Prothesen. Bei der Konstruktion einer Hüftprothese beispielsweise können Simulationen die mechanischen Belastungen und Temperaturänderungen bewerten, denen die Prothese während der Bewegungen des Patienten ausgesetzt ist. Diese Analysen helfen bei der Optimierung der Geometrie, der Materialien und der Herstellungsverfahren und gewährleisten so die Haltbarkeit, die biologische Verträglichkeit und die langfristige Leistung der Prothese.

Die thermomechanische Simulation ist entscheidend für das Design von Batterien für die Elektromobilität. Bei der Entwicklung einer neuen Batterie für Elektrofahrzeuge können Simulationen beispielsweise die Temperaturschwankungen und mechanischen Belastungen analysieren, denen die Batterie während des Ladens, Entladens und Fahrens ausgesetzt ist. Diese Analyse hilft, die Anordnung der Zellen zu optimieren, geeignete Materialien auszuwählen und ein effizientes Kühlsystem zu entwerfen. So trägt die thermomechanische Simulation dazu bei, die Sicherheit, Haltbarkeit und Gesamtleistung von Elektrofahrzeugen zu verbessern.

Die thermomechanische Simulation spielt eine entscheidende Rolle im Bereich der erneuerbaren Energien, insbesondere bei der Dimensionierung und Integritätsprüfung von Salzschmelzen-Wärmetauschern, die in konzentrierenden Sonnenkollektoren verwendet werden. Ein konkretes Beispiel ist das Noor-Projekt in Ouarzazate, Marokko, wo diese Wärmetauscher eingesetzt werden. Mithilfe von Simulationen können die Spannungen, Dehnungen und Temperaturen analysiert werden, denen die Wärmetauscher während des Betriebs ausgesetzt sind. Dieser Ansatz hilft, ihre Konstruktion zu optimieren, ihre Festigkeit zu gewährleisten und eine bessere Leistung der Solaranlagen sicherzustellen, was zur Gesamteffizienz des Systems beiträgt.

In der hochmodernen Uhrenindustrie spielt die thermomechanische Simulation eine entscheidende Rolle. Bei der Konstruktion einer Luxusautomatikuhr helfen Simulationen beispielsweise dabei, die Verformungen und Belastungen zu bewerten, denen Bauteile wie Zahnräder und Unruhen bei verschiedenen Temperaturen ausgesetzt sind. Durch die Integration innovativer Materialien und präziser Designparameter gewährleistet die Simulation die chronometrische Leistung und Haltbarkeit und sichert so die Qualität und Präzision von Haute Horlogerie-Uhren, die trotz Umweltschwankungen exzellent funktionieren müssen.

Bei Sportgeräten, die starken Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, ist die thermomechanische Simulation von entscheidender Bedeutung. Bei der Entwicklung von Hochleistungsskiern beispielsweise bewerten Simulationen die Auswirkungen wechselnder Temperaturen auf die Verbundwerkstoffe. Durch die Einbeziehung lokaler Wetterdaten ermöglichen die Simulationen die Vorhersage potenzieller Skiverformungen und die Optimierung der Skikonstruktion, um die optimale Stabilität beizubehalten und gleichzeitig eine außergewöhnliche Leistung zu gewährleisten, die den Athleten bei jedem Wetter ein optimales Skierlebnis bietet.

In der Luft- und Raumfahrtindustrie ist die thermomechanische Simulation von entscheidender Bedeutung. Bei der Konstruktion eines Raketentriebwerks beispielsweise bewerten Simulationen die Belastungen und Verformungen, die durch die extremen Temperaturen während des Flugs entstehen. Durch die Einhaltung von Standards wie den ESA-Richtlinien leiten die Simulationen das Design von Materialien und Strukturen und sorgen so für Zuverlässigkeit und Sicherheit. Daher spielt die thermomechanische Simulation eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung fortschrittlicher Raumfahrttechnologien, die den harten Bedingungen der Weltraumumgebung standhalten können.