Состав исходных данных для моделирования тепловых процессов

Для моделирования тепловых процессов требуется задать три группы данных.

1. Геометрические параметры

Обычно при применении МКЭ нужны два вида геометрических данных:

- координаты (размеры);

- топология (взаимные связи).

Для двухузловых элементов топология простая. Нужно присвоить номера всем ячейкам и для каждой внутренней границы указать номера двух ячеек по обе стороны от нее. Если граница внешняя, то она имеет только одну смежную с ней ячейку. Отсюда можно выяснить:

а) сколько границ имеет каждая ячейка и какие это границы;

б) с какими другими ячейками данная ячейка граничит.

Размерами для каждой границы являются ее площадь и расстояния от границы до центров двух соседних ячеек (эти расстояния одинаковы). Для каждой ячейки размером является ее объем.

Расчет объемов, площадей и расстояний не следует поручать пользователю. Он должен вводить при построении модели примерно такие же данные, какие он вводит при ее черчении средствами AutoCAD или другого аналогичного графического редактора. Программа, обеспечивающая построение геометрической модели и вычисление объемов и площадей, называется геометрическим препроцессором.

2. Свойства материалов и начальные температуры

Здесь две части данных, одну из которых удобно связать с геометрическим препроцессором, а другую – с банком данных.

Часто МКЭ используют для решения задач, в которых фигурируют неоднородные материалы, например, при сварке разнородных деталей или при моделировании комплекса «деталь + сварочная установка». В этом случае задание границ разнородных материалов целесообразно совмещать с заданием размеров и формы детали. Затем для каждого материала нужно задать физические свойства – теплоемкость, теплопроводность, теплоту плавления и фазовых превращений. Обычно это не константы, а функции от температуры, времени и других параметров. Часто в разных конструкциях одной фирмы используют ограниченное количество марок материалов. Тогда целесообразно разбить ввод свойств на два этапа:

- заполнение банка данных для используемых материалов;

- поиск данных в банке по его имени или номеру.

3. Граничные условия

Различают три рода граничных условий:

1) условие первого рода - задание температуры границы ;

2) условие второго рода - задание мощности потока тепла через границу ;

3) условие третьего рода - задание температуры среды за границей  и коэффициента теплоотдачи с поверхности .

Параметры ,  и могут быть функциями от времени, а - функцией от температуры поверхности. Необходимо задать эти функции и указать, на каких границах они действуют. Для этого необходимы средства выделения части поверхности построенной модели.