Software: FEM - Tutorial - Feldkopplung - MP - Thermo-Bimetall - Temperaturvorgabe

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Biegung bei konstanter Temperatur

Die mechanische Einspannung auf der linken Seite sollte die wirklichen Verhältnisse einigermaßen nachbilden:

• Der linke obere Eck-Knoten ist in Y- und Z-Richtung fest (verschweißt). Dabei muss man sich bewusst sein, dass diese Knoten-Abhängigkeit bei einer Änderung des Netzes verlorengeht!
• Die übrigen linken Rand-Knoten können sich in Z-Richtung frei bewegen (wegen der Nachgiebigkeit der verwendeten Klemmverbindung). Eine Bewegung der Kanten-Knoten in Y-Richtung ist unzulässig. Infolge der Zuweisung der Abhängigkeit zu Kanten bleibt diese Abhängigkeit bei einer Neuvernetzung erhalten:

Verformung des Bimetalls:

• Bei 20°C ist der Bimetall-Streifen unverformt gerade.
• Wir simulieren die Verformung bei einer einheitlichen Metall-Temperatur von 100°C.
• Es ergibt sich eine Verformung von etwas unter 1 mm:
  
• Die Scherspannung Y-Y zeigt am freien Ende des Bimetalls folgenden Verlauf:
  

Modellvalidierung:
Qualitativ erscheinen die Simulationsergebnis physikalisch plausibel. Ob die Werte auch quantitativ richtig sind, ist nicht auf den ersten Blick zu entscheiden. Dafür sollte man Kriterien benutzen, welche man unabhängig vom benutzten Modell möglichst einfach analytisch berechnen kann. Das setzt jedoch vertieftes Wissen über das modellierte Objekt voraus, z.B:

• Das Verhältnis der Scherspannungen Y-Y entlang der Materialgrenze muss ungefähr dem Verhältnis der E-Module von 1,16 entsprechen.
• Das Verhältnis der mittels Prüfsonde abgefragten Knotenspannungen ergibt im Beispiel leider ein Verhältnis von 2,56. Das deutet auf einen groben Fehler hin, der sich bestimmt auch in einer fehlerhaften Verformungswerten widerspiegelt.
• Innerhalb der Übung nicht durchführen: eine verfeinerte Vernetzung ändert praktisch nichts an den berechneten Ergebnissen.

Es liegt die Vermutung nahe, das der Elementtyp 2D auf Grund seiner Eigenschaften nicht geeignet ist, die Krümmung des Bimetallstreifens hinreichend genau nachzubilden:

• ...

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