¿Que tipos de análisis térmicos se pueden realizar mediante elementos finitos?

Hay disponibles diferentes análisis térmicos y de transferencia de calor que te ayudan a predecir el comportamiento de tu producto durante la fase de desarrollo. En este post encontrarás una descripción de los diferentes procedimientos para resolver estas simulaciones.

Simulaciones térmicas mediante con elementos finitos

Se puede incluir el comportamiento térmico dentro de la simulación mediante elementos finitos y éstos pueden ser tanto acoplados como desacoplados, donde . Debajo hay una breves descripcion de los procesos.

Análisis térmicos y de transmision de calor

 

Análisis de transimision de calor desacoplado

Cuando se realiza un análisis térmico puro o desacoplado, nos referimos a que el campo de temperatura se calcula sin conocer el estado de tensión/deformación o el campo eléctrico en los cuerpos que se están estudiando. Los problemas de transferencia de calor puro pueden ser transitorios o de estado estacionario y lineales o no lineales. Los problemas de transferencia de calor pueden incluir la conducción, la convección forzada o la radiación límite. Debajo se muestran los resultados de las simulaciones mediante elementos finitos de la transferencia de calor de un colector.

4realsim heat transfer

Análisis térmico estructural secuencialmente acoplado

El análisis térmico estructural secuencialmente acoplado es útil cuando la solución de tensiones/desplazamiento depende de un campo de temperatura, pero no hay dependencia inversa. Este análisis resuelve primero el problema de la transferencia de calor puro y, a continuación, la solución de temperatura se lee en un análisis de tensiones como un campo predefinido. En el análisis de tensiones, la temperatura puede variar con el tiempo y la posición, pero no es modificada por la solución de análisis de tensiones. Abaqus permite mallados diferentes entre el modelo de análisis de transferencia de calor y el modelo de análisis de tensiones térmicas.

En el post sobre el análsis termo estructural del World Trade Center 5 se muestra un ejemplo de las capacidades de modelado de tensiones térmicas no lineales acopladas secuencialmente en Abaqus/Standard que se han utilizado para estudiar los comportamientos estructurales que llevaron al colapso progresivo del WTC 5.

Análisis térmico estructural totalmente acoplado

Se utiliza un procedimiento térmico estructural acoplado para resolver simultáneamente los campos de tensión/desplazamiento y de temperatura.

Un análisis acoplado se utiliza cuando las soluciones térmicas y mecánicas tienen un efecto muy fuerte y dependientes entre sí. Un ejemplo en el que se podría utilizar este procedimiento es en problemas de metalurgia rápida donde la deformación inelástica del material causa calentamiento, y en problemas de contacto donde el calor conducido a través de los huecos puede depender en gran medida de la holgura o de la presión. Tanto Abaqus/Standard como Abaqus/Explicit proporcionan procedimientos de análisis acoplados de temperatura-desplazamiento, pero los algoritmos utilizados por cada programa difieren considerablemente.

4realsim heat transfer thermal analysis

Análisis adiabático

Un análisis mecánico adiabático es un análisis térmico que puede ser usado en casos donde la deformación mecánica causa calentamiento, pero el evento es tan rápido que este calor no tiene tiempo de difundirse a través del material. Un análisis adiabático puede ser estático o dinámico y lineal o no lineal.

Acoplando análisis electricos con térmicos y estructurales

 

Análisis termíco eléctrico acoplado

Se proporciona una capacidad de análisis termoeléctrico totalmente acoplada para problemas en los que se genera calor debido al flujo de corriente eléctrica a través de un conductor. Los problemas termoeléctricos acoplados son aquellos en los que el acoplamiento entre el potencial eléctrico y los campos de temperatura hace necesario resolver ambos campos simultáneamente. Un ejemplo de este problema se puede encontrar en la fusión por calor eléctrico.

4realsim electrical fuse heating thermal analysis

Análisis térmico electrico estructural totalmente acoplado

Un análisis térmico electrico estructual  se utiliza para resolver simultaneamente los campos de tension/deformación, potencial eléctrico y temperaturas y tienen una fuerte dependencia entre sí.

Un ejemplo de este proceso es la soldadura de puntos por resistencia, en la que dos o más piezas metálicas se unen por fusión en puntos discretos de la interfaz del material. La fusión es causada por el calor generado por el flujo de corriente en los puntos de contacto, que depende de la presión aplicada en estos puntos.

Estos problemas pueden ser transitorios o de estado estacionario y lineales o no lineales.

4realsim resistance spot welding thermal analysis

Incluyendo calor debido a la fricción

Debido a la fricción y la carga, normalmente Abaqus calculará la cantidad de energía de fricción que se disipará. Cuando se utiliza la generación de calor, se puede especificar qué fracción de esta energía se transfiere hacia el calor térmico. En el peor de los casos, la fracción disipada es de 1, lo que significa que toda la energía disipada se convertirá en calor térmico.

4realsim heat friction thermal analysis

Si tienes alguna otra pregunta relacionda con qué tipos de análisis térmicos pueden ser realizados, no dudes en ponerte en contacto con nosotros o escribir un email a contacto@4realsim.com