Thermomechanische Kopplung

Das mit der Fourier Wärmeleitungsgleichung, dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik und der ersten Cauchy Bewegungsgleichung sowie den Anfangs- und Randwerten vom Neumann- und Dirichlettyp definierte Anfangs-Randwertproblem soll numerisch gelöst werden.Dabei ist die Interaktion von Temperatur- und Verschiebungsfeld durch die folgenden Eigenschaften zu beschreiben:

mechanische Eigenschaften von Metallen sind temperaturabhängig
durch plastische Deformationen wird mechanische in thermische Energie konvertiert
das Temperaturfeld beeinflußt die Plastifizierung
bei finiten Deformationen sind Wärmeleitung und -übergang eine Funktion des Verschiebungsfeldes

Der Deformationsprozeß einer Brennkammer wird von mechanischen und thermischen Belastungen verursacht. Mechanische Lasten sind der Kühlkanaldruck, der Brennkammerdruck und die aus dem Brennkammerdruck resultierenden Membranspannungen. Thermische Lasten entstehen infolge des temporären Temperaturgradienten in der Brennkammer während eines Verbrennungszyklusses.

Zur numerischen Lösung des transienten und im allgemeinen physikalisch und materiell nichtlinearen Feldproblems wird die Semidiskretisierungstechnik eingesetzt. Die Diskretisierung im Raum wird mit Finiten Elementen und die Diskretisierung im Zeitbereich wird mit impliziten Zeitintegrationsalgorithmen realisiert.

Hierbei sind verschiedene Approximationsstufen möglich und werden entsprechend den Anforderungen des physikalischen Problems angewandt:

zwei - oder dreidimensionale Diskretisierung im Raum
stationäre oder instationäre Prozesse
lineares oder nichtlineares Materialverhalten
geometrisch lineare oder nichtlineare Beschreibung
gekoppelte, 'staggerd' oder entkoppelte Analyse des Anfangs-Randwertproblems

Fluidmechanik und Thermodynamik

Systemanalyse