• Die Temperaturfelder können stationär oder instationär sein.
• Nichtlineare Werkstoffkennwerte für Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität werden über eine tabellarische Eingabe spezifiziert.
• Temperatur- und ortsabhängige Wärmeübergangszahlen werden ganz allgemein über Funktionen beschrieben.

Elemente:

Für den Wärmeübergang an der Oberfläche steht ein vollständiger Satz an Wärmeübergangselementen zur Verfügung. Diese erlauben auch die Berechnung der Oberfläche eines Elementsets und damit die Bestimmung des Wärmeübergangs durch eine bestimmte Teiloberfläche. Außerdem besitzen diese Elemente eine optionale Filmdicke, so dass eine eventuell vorhandene Grenzschicht näherungsweise abgebildet werden kann. Der Grenzschicht kann auch eine Wärmekapazität zugewiesen werden.

Alle finiten Elemente der statischen Analyse sind auch für Temperaturfeldberechnungen vorhanden. Für Schalenelemente ist ein Temperaturgradient zwischen Schalenunter- und Oberseite möglich.

Analysen:

Die Kopplung zur statischen Analyse ist vollständig vollzogen, d.h. die Berechnung von Verschiebungen und davon abgeleitet Dehnungen und Spannungen aufgrund eines Temperaturfeldes ist in einfachster Weise möglich. Dabei können die Werkstoffdaten für die statische Analyse (Elastizitätsdaten und Daten zum thermischen Ausdehnungsverhalten) ebenfalls temperaturabhängig sein.

Zusätzlich können mit PERMAS-CCL thermische Randbedingungen aus einer CFD-Analyse übernommen bzw. gekoppelte Berechnungen durchgeführt werden.

Transiente Analysen können sehr einfach durch direkte Kopplung zu den Ergebnissen des Vorlaufs fortgesetzt werden. Dadurch lassen sich ganze Wärmebehandlungszyklen, selbst mit unterschiedlichen Umgebungsmedien, im gleichen Berechnungslauf durchführen.

Eine Modalanalyse erlaubt die Berechnung von Eigenwerten und Eigenformen für Temperaturfeldprobleme.

Lasten und Randbedingungen:

• Als stationäre 'Lasten' können sowohl punktförmige Wärmeflüsse als auch linienförmig, flächig oder über ein Volumen verteilte Wärmeflüsse definiert werden.
• Transiente 'Lasten' entstehen bequem durch die Kombination von stationären 'Lastverteilungen' mit zeitabhängigen Funktionen.
• Als weitere Randbedingungen lassen sich vorgeschriebene Temperaturen angeben. Zusätzlich ist bei den Wärmeübergangselementen die Umgebungstemperatur zu spezifizieren.

Ergebnisse:

Primärergebisse einer Temperaturfeldanalyse sind das Temperaturfeld und der Wärmefluss an Knoten und Elementen. Als abgeleitete Ergebnisse stehen zur Verfügung:

• das Gradientenfeld der Temperaturverteilung,
• der Wärmefluss durch eine beliebige innere Fläche,
• mittels beliebig zusammenstellbaren Elementsets lassen sich die flächenbezogenen oder absoluten Wärmeflüsse durch eine bestimmte Teiloberfläche ermitteln.

Bei transienten Analysen können primäre und abgeleitete Ergebnisse zur Erstellung von xy-Graphen ausgegeben werden.

Transiente Temperaturanalyse.

Wärmeübertragung durch Strahlung wird maßgebend mit steigender Temperatur für Bauteile mit Hohlräumen und Selbstabschattung wie in Bremsanlagen, Verbrennungsmotoren und Kühlkörpern. Ziel ist die Berechnung des Wärmetransports durch Strahlung und Konvektion an der Bauteiloberfläche, gekoppelt mit der Wärmeleitung der Struktur.

Die hier zu beachtenden Annahmen sind, dass der Wärmeaustausch zwischen Oberflächen erfolgt (keine Strahlung aus dem Inneren von Körpern), dass die Strahlung von grauen Körpern ausgeht (keine Abhängigkeit von der Wellenlänge), und dass die Abstrahlung diffus erfolgt (keine Abhängigkeit von der Abstrahlungsrichtung).

Die Strahlungsberechnung hat folgende Eigenschaften:

• Die Strahlung ist in der Berechnung der Wärmeübertragung integriert.
• Die Konvektionselemente wurden erweitert, um damit strahlende Oberflächen zu modellieren, d.h. alle Oberflächenelemente, die bei der Strahlung berücksichtigt werden sollen, müssen mit Konvektionselementen belegt werden.
• Die Sichtbarkeitsfaktoren werden direkt über die beteiligten Oberflächenelemente integriert und nicht über Mittelwerte berücksichtigt.
• Um bei einer sehr großen Anzahl von Oberflächenelementen die Rechenzeit für die Sichtbearkeitsfaktoren zu reduzieren, steht eine automatische (und wählbare) Vergröberungsfunktion zur Verfügung, welche die Anzahl der Oberflächenelemente reduziert.
• Um die Effizienz der Berechnung zu erhalten, wird auch die Parallelisierung eingesetzt.
• Die gekoppelte Lösung der nichtlinearen Wärmetransportgleichung mit Strahlungsrandbedingungen wird in ein paar Iteration ermittelt, sowohl stationär als auch transient.

Hohlraumstrahlung.