Égetési segédeszköz termikus vizsgálata a Pro/ENGINEER Mechanica segítségével 2009. június 25. Ott István Imerys Magyarország Tűzállóanyaggyártó Kft. esettanulmány www.snt.hu/cad
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
Anyagjellemzık Alkalmazott kerámia anyag Young Modulus 20000 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
Hevítés és hőlés Hőmérséklet Idő (sec) ( C) 0 50 4600 400 19600 990 22650 1100 24825 1100 30525 630 38325 450 44850 50 46800 50
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) 5 20 50 1100
Hıátadás a modell különbözı felületein Takart felület 1, részleges hőátadás
Hıátadás a modell különbözı felületein Takart felület 2, részleges hőátadás
Hıátadás a modell különbözı felületein Takart felület 3, részleges hőátadás
A modell felbontása A modellt az eltérő hőátadással rendelkező felületeknek megfelelően fel kell bontani. Ez a felbontás felületi és térfogati régiók segítségével történik.
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 := 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 0 50 3 4.610 400 4 1.9610 990 2.265104 1.1103 2.482104 1.1103 4 3.05310 630 4 3.83210 455 4 4.48510 50 4 4.6810 50
Az átlagos hıátadási tényezı meghatározása Az átlaghőmérséklet 605.41 K. Az átlagos hőátadási tényező pedig 29.392 W/m^2K.
A hıátadás megadása a modellen Az átlagos hőátadási tényező 29.392 W/m^2K. Ennek csak egy részével számolunk a korlátozott hőátadás miatt. Takart felület 2, részleges hőátadás
Mérések és analízis A hőmérsékleti gradiens mérése és a tranziens hőtani analízis létrehozása.
A hımérsékleti gradiens változása A legnagyobb hőmérsékleti gradiens környezetében várható a legnagyobb termikus feszültség kialakulása.
Részletes eredmények Meghatározhatjuk azokat a kritikus időpillanatokat (legnagyobb a hőmérsékleti gradiens), ahol részletesebb vizsgálatra van szükség. Ez jelen esetben 4701 sec, 30590 sec és 44722 sec. A részletesebb vizsgálathoz egy újabb tranziens hőtani analízis szükséges a kiválasztott időpillanatokban.
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. 4701 sec
A termikus feszültségek meghatározása A termikus feszültségek meghatározásához egy szilárdsági vizsgálatot kell elvégezni a kritikus időpillanatokban a hőtani analízis eredményeit felhasználva.
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!
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).
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.
A maximális fıfeszültség és a hımérsékleti gradiens kapcsolata