Égetési segédeszköz termikus vizsgálata a Pro/ENGINEER Mechanica segítségével

Átírás

1 Égetési segédeszköz termikus vizsgálata a Pro/ENGINEER Mechanica segítségével június 25. Ott István Imerys Magyarország Tűzállóanyaggyártó Kft. esettanulmány

2 Célkitőzés Feladat az égetési segédeszköz gyártásakor a hevítés és hűlés során kialakuló egyenlőtlen hőmérséklet eloszlásból származó termikus feszültségek meghatározása. A termikus feszültségek eloszlása alapján pedig azon helyek megkeresése ahol repedés keletkezhet. *A modell mérete 200 felületelemre van limitálva

3 Anyagjellemzık Alkalmazott kerámia anyag Young Modulus MPa Poisson s Ratio 0.25 Density 1970 kg/mm^3 Coefficient of Thermal Expansion 2.5 e-6 1/K Coefficient of Thermal Convection 5-50 W/m^2K Coefficient of Thermal Conductivity 1.4 W/mK Specific Heat 1100 J/kgK Tensile Strength

4 Hevítés és hőlés Hőmérséklet Idő (sec) ( C)

5 Hıátadás A hőátadási tényező eloszlása a modell felületén egyenletesnek tekinthető, de a modell egyes területein más-más (de állandó) értéket vesz fel. A hőátadási tényező 5-50 W/m^2K között változik. Coefficient of Thermal Convection (W/m^2K) Hőmérséklet ( C)

6 Hıátadás a modell különbözı felületein Takart felület 1, részleges hőátadás

7 Hıátadás a modell különbözı felületein Takart felület 2, részleges hőátadás

8 Hıátadás a modell különbözı felületein Takart felület 3, részleges hőátadás

9 A modell felbontása A modellt az eltérő hőátadással rendelkező felületeknek megfelelően fel kell bontani. Ez a felbontás felületi és térfogati régiók segítségével történik.

10 Az átlaghımérséklet meghatározása A Hőátadási tényező a hőmérsékletnek is függvénye. A külső hőmérséklet pedig a hőgörbe szerint változik. Az átlagos hőátadási tényező meghatározására először a hőgörbe átlaghőmérsékletét kell meghatároznunk. hogorbe :=

11 Az átlagos hıátadási tényezı meghatározása Az átlaghőmérséklet K. Az átlagos hőátadási tényező pedig W/m^2K.

12 A hıátadás megadása a modellen Az átlagos hőátadási tényező W/m^2K. Ennek csak egy részével számolunk a korlátozott hőátadás miatt. Takart felület 2, részleges hőátadás

13 Mérések és analízis A hőmérsékleti gradiens mérése és a tranziens hőtani analízis létrehozása.

14 A hımérsékleti gradiens változása A legnagyobb hőmérsékleti gradiens környezetében várható a legnagyobb termikus feszültség kialakulása.

15 Részletes eredmények Meghatározhatjuk azokat a kritikus időpillanatokat (legnagyobb a hőmérsékleti gradiens), ahol részletesebb vizsgálatra van szükség. Ez jelen esetben 4701 sec, sec és sec. A részletesebb vizsgálathoz egy újabb tranziens hőtani analízis szükséges a kiválasztott időpillanatokban.

16 A hımérsékleti gradiens eloszlása A termikus feszültségek nagyságáról még nem kapunk információt, de a kritikus időpillanatokban le kell futtatnunk a tranziens hőtani analízist, mert később ezekre az analízisekre építve fogjuk a szilárdsági vizsgálatot végrehajtani sec

17 A termikus feszültségek meghatározása A termikus feszültségek meghatározásához egy szilárdsági vizsgálatot kell elvégezni a kritikus időpillanatokban a hőtani analízis eredményeit felhasználva.

18 A fıfeszültségek eloszlása A maximális főfeszültségnek kisebbnek kell lennie, mint az anyagjellemzőknél megadott határfeszültség (Tensile Strength). A maximális főfeszültség eloszlását ellenőriznünk kell a többi kritikus időpillanatban is!

19 A hımérsékleti gradiens és hıátadás összefüggése A hőmérsékleti gradiens változása különböző hőátadási tényezők mellett (5 W/m^2K, 29 W/m^2K és 50 W/m^2K).

20 A maximális fıfeszültség és a hımérsékleti gradiens kapcsolata Megfigyelhető, hogy a maximális főfeszültség változása jól követi a hőmérsékleti gradiens változását, kivéve az 5 W/m^2K hőátadási tényezővel elvégzett analízis esetén.

21 A maximális fıfeszültség és a hımérsékleti gradiens kapcsolata