Transiente Temperaturanalyse
Die transiente Temperaturfeldsimulation erfasst im Gegensatz zur stationären auch die zeitlichen Veränderungen der Zustandsgrössen. Dazu geht neben der Wärmeleitfähigkeit auch die Dichte und die spezifische Wärmekapazität in die Berechnung ein.
Sind die Zeit bzw. Geschwindigkeit einer Temperaturänderung oder die sich dabei einstellenden Temperaturfelder relevant für die Bauteilbewertung, so muss eine transiente Betrachtung erfolgen.
Rechenzeit / Modellgrösse
Wie in der Strukturmechanik ist auch bei der Temperaturfeldsimulation die transiente Betrachtung im Zeitbereich deutlich rechenzeitintensiver als eine statische bzw. stationäre Analyse.
Da eine Temperaturänderung mikroskopisch betrachtet sehr schnell vor sich gehen kann, hängt die Schrittweite für die Simulation stark von der Aufgabenstellung ab. Interessiert der Temperaturverlauf in dünnen Schichten, wie beispielsweise bei einem Kolben eines Verbrennungsmotors, muss mit wesentlich kürzeren Zeitschritten und kleineren Elementen gearbeitet werden. Entsprechend dem Berechnungsziel ergeben sich dadurch stark unterschiedliche Anforderungen an die Vernetzung und die Rechenzeit.
Wird die betrachtete Struktur mit einer sprunghaften Belastungsänderung beaufschlagt, ergibt sich in jedem Punkt eine exponentielle Annäherung an den stationären Endzustand. Da die Temperaturänderungen mit der Zeit immer kleiner werden, kann die Schrittweite mit zunehmendem Simulationsfortschritt entsprechend vergrössert werden.
Bedeutung
Die gewonnenen Temperaturfelder dienen vielfach als Modellbeschreibung für eine anschliessende Struktursimulation. Dies bezieht sich sowohl auf die lokalen, temperaturabhängigen Materialeigenschaften als auch auf die resultierenden thermischen Dehnungen.
Die transiente Temperaturfeldsimulation hat in vielen Bereichen eine grosse Relevanz. So wäre beispielsweise die Betrachtung von thermomechanischen Ermüdungsvorgängen ohne die genauen Kenntnisse des örtlichen und zeitlichen Temperaturverlaufes nicht möglich. Auch in einfacheren Anwendungsfällen ist sie vielfach alternativlos.
