Thermische Analysen

Thermisches Verhalten besser verstehen

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MSC Software bietet Lösungen für die Simulation des thermischen Verhaltens und aller Wärmeübertragungsarten. Dazu gehören Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung, welche gleichzeitig wirken können. Sichtfaktoren, die für die Berechnung des Strahlungswärmestromes entscheidend sind, können intern berechnet oder von Fremdanbietern, die unseren Anwendern entsprechende Optionen bieten, importiert werden. Zusätzlich können sowohl Materialeigenschaften als auch Randbedingungen abhängig von den lokalen Temperaturen realistisch modelliert werden.

Ziel einer Thermalanalyse ist es, das Verhalten und die Betriebseigenschaften der Struktur zu verstehen. Je nach den Modellierungsanforderungen ist eine verkettete oder gekoppelte Analyse möglich, um Temperaturschwankungen und Wirkungen auf das mechanische Verhalten sowohl im Hinblick auf Spannungen als auch auf das Versagen zu untersuchen. Die multiphysikalischen Funktionen, die sich auf das Temperaturverhalten beziehen, können auf joulesche Wärme und elektromagnetische Effekte ausgedehnt werden.

Zu den Stärken von MSC Software im Bereich thermische Berechnung zählen:
PCB model


Advection – mass flow heat transfer

MSC Software bietet die Möglichkeit, alle Wärmeübertragungsarten zu simulieren: Wärmeleitung, Konvektion und Wärmestrahlung. Da die Konvektion von der Geschwindigkeit der Fluidströmung in der Nähe einer festen Oberfläche beeinflusst wird, können die Konvektionskoeffizienten abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit definiert werden. Wenn die Teile einander nahe sind, jedoch kein vollständiger Kontakt besteht, ist die Wärmeübertragung zwischen den Teilen aufgrund ihres Abstands zueinander nichtlinear. Ein weiterer Aspekt der Wärmeübertragung ist die Temperaturabhängigkeit von Eigenschaften und Randbedingungen. Für eine genaue Lösung müssen all diese Faktoren berücksichtigt werden.

Unabhängig davon, ob nach einer stationären oder transienten Lösung gesucht wird, um den Wärmefluss durch verschiedene Bereiche und Teile Ihres Modells zu verstehen. In unseren Lösungen können alle notwendigen Eigenschaften und Randbedingungen einbezogen werden, um die thermischen Systeme exakt zu simulieren.

View factors

Der Strahlungsprozess ist äußerst nichtlinear. Die übertragene Strahlungsenergie hängt nicht nur von der Temperaturdifferenz ab, sondern auch von dem Winkel einer Fläche zur Wärmequelle. Sichtfaktorberechnungen können mit effizienten Algorithmen ausgeführt werden. So stehen in Produkten von MSC Software etwa die Gauß-Integration und die Halbwürfelmethode zur Verfügung, die als Eingabe für die Thermalanalyse verwendet werden können.

Thermal contact between dissimilar meshes

Den Wärmefluss zwischen sich berührenden Komponenten können Sie als thermischen Kontakt modellieren. Der Wärmefluss kann mit dem Koeffizienten für die Kontaktwärmeübertragung gesteuert werden, der eine Eigenschaft des sich berührenden Materialpaars ist. Wenn sich die Teile nahe sind, aber nicht berühren, ist der Wärmefluss hingegen nichtlinear. Dieses Szenario wird mit speziellen Gleichungen für den Wärmefluss bei Beinahekontakten modelliert. Ziel der Lösungen von MSC Software ist es, effiziente und genaue Verfahren zur Verfügung zu stellen, um die Wirklichkeit möglichst zuverlässig und effizient simulieren zu können.

Satellite

PCB with airflow

MSC Software bietet zwei Hauptverfahren für die Thermalanalyse: eine Finite Elemente Analyse (FEA)- Lösung und eine RC-Netzwerk-Lösung. Während in den meisten Industrien die FEA-Lösung verwendet wird, ist das RC-Netzwerk-Verfahren insbesondere bei Luft- und Raumfahrtanwendungen verbreitet. Diese Methode ist bei sehr umfangreichen Modellen oft auch hinsichtlich der Ressourcenverwendung vorteilhaft. Durch die Integration dieser beiden unterschiedlichen thermischen Lösungsverfahren in MD Nastran stellt MSC eine gemeinsame Lösung für alle Industriezweige und einen einheitlichen Ansatz für die Berücksichtigung thermischer Effekte in der Strukturanalyse zur Verfügung.


MSC Software wird für viele Arten der thermischen Berechnung eingesetzt:
  • Ablation
  • Verschiedene Konvektionsmodelle
  • Temperaturabhängige Eigenschaften
  • Kontaktwiderstand
  • Erwärmung durch Reibung
  • Umwelteffekte auf optische Systeme
  • Wärmelasten im Orbit
  • Phasenwechsel
  • Sichtfaktorstrahlung
  • Stationäre und transiente Wärmeleitung
  • Thermisch-mechanische Kopplung
  • Elekto-Austausch
Industrielle Anwendungen:
  • Luft- & Raumfahrt / Verteidigung: Strahltriebwerke, Düsen, Avionik, Satelliten/Wiedereintrittsfahrzeuge
  • Fahrzeugtechnik: Abgasanlagen, Antriebsstrang, thermische Einflüsse auf das Verhalten von Dichtungen, Schweißen, Heckscheibe (joulesche Wärme), Bremsen
  • Konsumgüter / Verpackungen: Heißabfüllung von Flaschen, Auswirkungen von Temperaturwechseln auf Flaschen/Dosen, Apparate
  • Elektronik: Löten, Leiterplatten, Siliziumscheiben
  • Energie: Solarpanels, Dichtungsverhalten bei Temperaturwechsel, Druckkessel
MSC Software Produkte: 

FEA, AFEA & TFEA

Lineare, nichtlineare & thermische Analysepakete für den Desktop

HeatDesigner

Thermische Auslegung von Elektronikbauteilen

Marc

Erweiterte nichtlineare Simulationen

MSC Nastran

Multidisziplinäre FEA-Lösung

PICLS

Tool for real-time thermal simulation of printed circuit boards

SC/Tetra

Universelle Software für die Strömungs- und Thermalberechnung mit hybridem Netz

scFLOW

Software für die Strömungs- und Thermalberechnung mit Polyedernetz

scSTREAM

Universelle Software für die Strömungs- und Thermalberechnung mit strukturiertem Netz