Réalisation d'une analyse des contraintes thermiques dans SOLIDWORKS Simulation

Les analyses de contraintes thermiques peuvent être effectuées de différentes façons à l'aide deSOLIDWORKS Simulation et Simulation SOLIDWORKSEmballages. Une analyse des contraintes thermiques consiste à définir les conditions thermiques et à analyser les contraintes qui se développent dans les composants en raison de la dilatation thermique. Ce guide illustre les différentes méthodes d'analyse des contraintes thermiques.

Statique linéaire/non linéaire – Contrainte thermique

L'analyse des contraintes thermiques peut être réalisée à l'aide des modules Statique linéaire et Statique non linéaire inclus dans SOLIDWORKS Simulation/SOLIDWORKS Simulation Premium. Un des types de charge disponibles dans une étude statique est la température. Cela permet à l'utilisateur de spécifier une température spécifique pour différents types d'entités.

Le logiciel utilise cette condition limite de température conjointement avec une propriété d'étude statique (onglet Écoulement/Effets thermiques : Température de référence à déformation nulle). L'option de température d'entrée permet de spécifier au solveur d'utiliser les conditions limites de température définies dans l'étude statique pour le calcul de la contrainte thermique.

Selon la température spécifiée dans la condition limite de température, le composant se dilate (si la température est supérieure à la température de référence à déformation nulle) ou se contracte (si la température est inférieure à la température de référence à déformation nulle). Selon cette différence de température, le logiciel calcule la déviation du modèle en utilisant le coefficient de dilatation thermique du matériau. Le logiciel calcule ensuite la déformation, puis la contrainte.

Module thermique de simulation SOLIDWORKS

Le module thermique inclus dans la suite SOLIDWORKS Simulation Professional permet d'étudier la distribution de température et le flux thermique dans un mécanisme sous l'effet de la conduction, de la convection et du rayonnement. Les résultats de ce module peuvent être couplés à une étude statique linéaire pour calculer les contraintes thermiques.

Les effets de conduction sont pris en compte automatiquement lors de l'analyse et sont attribués à la propriété de conductivité thermique du matériau.

Les effets de convection (pour simuler le refroidissement ou le réchauffement de surface provoqué par un fluide environnant) sont définis à l'aide d'une condition limite de surface. La présence d'un fluide est spécifiée par un coefficient de convection et une température ambiante. La valeur du coefficient de convection peut être modifiée à l'aide d'une courbe de temps ou de température, tandis que la valeur de la température ambiante peut être ajustée à l'aide d'une courbe de temps.

Les effets du rayonnement (transfert de chaleur causé par les ondes électromagnétiques) sont définis à l'aide d'une condition limite de surface. La présence de rayonnement est prise en compte en spécifiant une température ambiante, une émissivité et un facteur de vue. La valeur de la température ambiante peut être modifiée à l'aide d'une courbe temporelle, tandis que la valeur de l'émissivité peut être ajustée à l'aide d'une courbe de température.

L'énergie thermique peut être appliquée en spécifiant une condition limite de température, de flux thermique ou de puissance thermique aux entités du modèle. L'option de température initiale de la condition limite de température permet de spécifier la température initiale des entités lors d'une analyse thermique transitoire.

Le flux thermique peut être appliqué aux surfaces du modèle. Sa valeur peut être modifiée en spécifiant une courbe de température ou de temps. Si l'option transitoire est activée dans la fenêtre des propriétés de l'étude thermique, l'option thermostat peut être activée et un sommet du modèle peut être sélectionné. Lorsque la température de ce sommet dépasse la limite supérieure, le flux thermique s'éteint. Lorsque la température de ce sommet descend en dessous de la limite inférieure, le flux thermique s'active.

La puissance thermique peut être appliquée aux entités du modèle. Sa valeur peut être modifiée en spécifiant une courbe de température ou de temps. Si l'option transitoire est activée dans la fenêtre des propriétés de l'étude thermique, l'option thermostat peut être activée et un sommet du modèle peut être sélectionné. Lorsque la température de ce sommet dépasse la limite supérieure, la puissance thermique est désactivée. Lorsque la température de ce sommet descend en dessous de la limite inférieure, la puissance thermique est activée.

Une fois l'analyse thermique terminée, les résultats peuvent être couplés à une étude statique linéaire ou non linéaire pour calculer la contrainte thermique. Pour ce faire, définissez les options appropriées dans la fenêtre des propriétés de l'étude statique linéaire ou non linéaire.

La température de l'option d'étude thermique permet de désigner l'étude thermique à lier à l'étude statique linéaire. Les résultats de température de l'étude thermique sont ensuite appliqués au modèle comme condition limite. Les résultats peuvent être obtenus à partir d'un pas de temps spécifique si une analyse thermique transitoire a été effectuée. L'option de température de référence à déformation nulle permet de calculer la déflexion induite dans le modèle par la dilatation thermique, comme indiqué dans la section Statique linéaire/non linéaire – Contrainte thermique de ce guide. Les résultats de déflexion servent à calculer la déformation, puis la contrainte.

Simulation SOLIDWORKS

La simulation de flux SOLIDWORKS permet d'analyser le mécanisme de transfert de chaleur entre les solides et les fluides en modélisant les espaces solides et fluides. La gravité peut être activée pour gérer l'analyse thermique par convection naturelle (effet de flottabilité).

L'énergie thermique peut être injectée dans le système de plusieurs façons dans SOLIDWORKS Flow Simulation. Les principales conditions limites thermiques incluent les sources de chaleur surfaciques et volumiques.

Les sources de chaleur de surface peuvent être appliquées aux entités de surface du modèle. La valeur de la source de chaleur peut être appliquée sous forme de taux de génération de chaleur ou de taux de génération de chaleur de surface. Le bouton « fx » permet de modifier l'évaluation de la valeur de la source de chaleur.

Les sources de chaleur volumiques peuvent être appliquées aux entités du modèle. La valeur de la source de chaleur peut être appliquée sous forme de taux de génération de chaleur, de taux de génération de chaleur volumétrique ou de température. Le bouton « fx » permet de modifier l'évaluation de la valeur de la source de chaleur.

Une fois l'analyse SOLIDWORKS Flow Simulation exécutée, les résultats de l'analyse peuvent être exportés vers une étude SOLIDWORKS Simulation pour effectuer une analyse des contraintes thermiques (statique linéaire ou statique non linéaire : Simulation de flux > Outils > Exporter les résultats vers la simulation).

L'onglet « Effets d'écoulement/thermiques » de la fenêtre des propriétés de l'étude statique permet de lier l'étude statique à l'analyse SOLIDWORKS Flow Simulation spécifiée. L'option « Température de référence à déformation nulle » permet de calculer la déviation induite dans le modèle par la dilatation thermique, comme indiqué dans la section « Statique linéaire/non linéaire – Contrainte thermique » de ce guide. Les résultats de déflexion servent à calculer la déformation, puis la contrainte.

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