Analisi termica e termo-strutturale
L’analisi termica e termo strutturale hanno come scopo principale la valutazione del campo di temperatura su un determinato prodotto sottoposto a condizioni al contorno termiche date, ed il relativo stato di deformazione e sollecitazione meccanica. Per completare un ciclo di analisi termo-strutturale su un determinato componente è pertanto necessario procedere in tre fasi: a) analisi termica, b) trasferimento del campo di temperatura calcolato dall’analisi termica sul modello di analisi strutturale come “carico”, c) analisi strutturale.
I “carichi” termici vengono generalmente specificati sotto forma di flussi di calore introdotti in determinate aree del componente in via di studio (ad esempio il calore dissipato da componenti elettronici su una scheda madre PCB), di irraggiamento dovuto all’esposizione ad una sorgente radiante (ad esempio nel caso di un radar montato su un satellite orbitante, esposto all’irraggiamento solare). “Vincoli” termici sono spesso associati a temperature assegnate in certe aree, mentre i coefficienti di scambio convettivo completano la definizione delle condizioni al contorno.
Definito il modello matematico, l’analisi termica permette di calcolare, applicando le equazioni della trasmissione del calore per irraggiamento, conduzione e convezione al modello stesso, l’andamento della temperatura in ciascun punto del sistema, e gradienti, i flussi entalpici etc.
Tipicamente l’analisi termica è di tipo non-lineare in quanto i coefficienti di scambio termico dipendono a loro volta dalla temperatura.
L’analisi termica può essere effettuata a regime (steady state, o analisi termica stazionaria) o come transitorio termico, valutando l’andamento nel tempo delle variabili termiche fino all’instaurazione di un eventuale stato di equilibrio di regime.
Una volta nota la distribuzione di temperatura, è possibile passare alla simulazione strutturale per conoscere l’entità delle dilatazioni termiche e degli stress termici indotte sul componente. Per poter procedere in tal senso, è necessario che i risultati dell’analisi termica vengano “mappati” sulla griglia di calcolo strutturale. Questa operazione può essere banale se la stessa griglia computazionale (mesh) è stata usata sia per l’analisi termica che per la strutturale, o necessitare di una interpolazione spaziale qualora le griglie siano di tipo differente. Nel secondo caso SmartCAE può utilizzare il software proprietario Smart|Coupling, concepito proprio come ambiente di trasferimento dati per interpolazione nello spazio.
SmartCAE ha eseguito numerose attività si simulazione termica e termo-strutturale sia nel settore petrolifero (valvole di grandi dimensioni), che aerospaziale, che medicale, che termo-ottico.
In questo ultimo caso, è stato messo a punto un procedimento proprietario per l’elaborazione delle deformate strutturali totali (distribuzione di spostamento dovuta alla dilatazione termica) al fine di valutare i parametri di distorsione significativi ai fini dell’ottica, rimuovendo le componenti di moto rigido (tilt, piston) e di tipo sferico (power). Viene quindi calcolato il grado di distorsione RMS e peak-valley rilevante in termini ottici (wavefront error, surface accuracy).
Deformazioni termo-elastiche di uno specchio per applicazioni spaziali (prima e dopo l’eliminazione delle componenti tilt-piston).
