Нелинейная теплопередача, связная нестационарная термоупругость, эффект Гоу–Джоуля и балки с шарнирами
В расчётное ядро WebCAE добавлены излучение Стефана–Больцмана, температурно-зависимые свойства κ(T) и cp(T), тепловое контактное сопротивление, динамические термоупругие волны Даниловской и Боли–Барбера, пьезокалорический эффект Гоу–Джоуля и балки Тимошенко с жёсткими плечами и освобождением шарниров.
В реальных инженерных конструкциях тепловые и прочностные переходные процессы тесно связаны и редко остаются линейными. Нагретые узлы отдают тепло излучением по закону Стефана–Больцмана пропорционально T⁴, теплопроводность κ(T) и теплоёмкость cp(T) меняются с ростом температуры, на стыках деталей возникает скачок температуры из-за контактного термического сопротивления, а резкий тепловой удар возбуждает упругие волны напряжений и изгибные вибрации. Все эти режимы теперь доступны в едином конвейере WebCAE.
Нестационарная и нелинейная теплопередача
Тепловой решатель поддерживает интегрирование по времени обобщённой θ-схемой (схема Кранка–Николсон θ = 0,5 и безусловно устойчивый неявный метод Эйлера θ = 1,0) на линейных и квадратичных сетках (tet4, tet10, hex8, hex20) и пространственных стержнях. Метод Ньютона–Рафсона с аналитическим касательным оператором рассчитывает радиационный теплообмен Стефана–Больцмана ε·σ·(T⁴ − T∞⁴), зависимость теплопроводности κ(T) и теплоёмкости cp(T) от температуры, а также тепловую проводимость контакта hc между телами сборки. Точность подтверждена на эталонах NAFEMS T2, NAFEMS T3 и задаче Карслоу–Егера с невязкой глобального баланса энергии менее 10⁻¹⁰.
Связная нестационарная термоупругость и эффект Гоу–Джоуля
Связка нестационарного теплового поля с уравнениями движения Ньюмарка / HHT-α позволяет моделировать как квазистатическое тепловое расширение, так и быстрый термоупругий удар с учётом сил инерции. Решатель точно воспроизводит продольную термоупругую волну Даниловской при мгновенном нагреве границы полупространства, термоупругие изгибные колебания балки Боли–Барбера (динамический выброс прогиба в 1,79 раза выше квазистатического) и пьезокалорический эффект Гоу–Джоуля q = −Tref·β·tr(ε̇), описывающий обратимое адиабатическое охлаждение твёрдого тела при упругом растяжении и нагрев при сжатии.
Балки с эксцентриситетом и шарнирами, динамика RBE2/RBE3 и контакт с трением
Для рамных конструкций и механизмов реализован расширенный элемент балки Тимошенко (STRUCT_BEAM_EXT) с жёсткими концевыми плечами в глобальной системе координат и точным освобождением угловых степеней свободы (шарниров) через множители Лагранжа как в статике, так и в переходной динамике. Многоточечные кинематические связи (RBE2, RBE3, tied-контакт) проецируются на подпространство допустимых движений T₀ на каждом шаге по времени, сохраняя баланс энергии при кинематическом возбуждении основания и сейсмике, а также при 3D Mortar-контакте с сухим трением Кулона.
Медная шина тягового инвертора при импульсе тока КЗ (thermoelastic_transient_busbar_joule)
Трёхмерный связный нестационарный термоупругий расчёт медной шины при импульсном джоулевом тепловыделении 180 МВт/м³ и конвективном охлаждении.
T_max = 109,7 °C · σ_vm = 148,6 МПа · u_max = 0,168 мм
Экстренное торможение вентилируемой колодки (transient_friction_brake_shoe_hex)
Неявная переходная динамика (HHT-α) с 3D Mortar-контактом и регуляризованным трением Кулона (μ = 0,38) при прижатии колодки к рельсу.
σ_vm = 52,4 МПа · p_contact = 41,8 МПа · ΔE_diss = 14,2 Дж