Der Bericht stellt die 2D-Wärmebrückenberechnung mit AutoCAD sowie dem FEM-System MEANS V10 dar. Es wird das Beispiel aus dem Porenbeton-Wärmebrückenkatalog 2013 mit einer einschaligen Außenwand und Bodenplatte nachgerechnet. Zusätzlich soll die 2DWärmebrücke in eine 3D-Wärmebrücke umgewandelt und berechnet werden.
Aus dem Inhalt:
- Modelleingabe mit AutoCAD;
- 2D-Netzgenerator starten;
- Koordinaten von Millimeter auf Meter umstellen;
- Eingabe der Wärmeleitfähigkeiten;
- Eingabe der Randtemperaturen;
- Eingabe der Konvektionen;
- FEM-Analyse;
- Ergebnisauswertung;
- Temperaturverteilung;
- Wärmestromdichte
Inhaltsverzeichnis
2D-Wärmebrückenberechnung mit AutoCAD und FEM-System MEANS V10
Modelleingabe mit AutoCAD
2D-Netzgenerator starten
Koordinaten von Millimeter auf Meter umstellen
Eingabe der Wärmeleitfähigkeiten
Eingabe der Randtemperaturen
Eingabe der Konvektionen
FEM-Analyse
Ergebnisauswertung
Temperaturverteilung
Wärmestromdichte
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Ziel dieser technischen Dokumentation ist die detaillierte Anleitung zur Berechnung einer 2D-Wärmebrücke mittels AutoCAD und dem FEM-System MEANS V10, wobei ein Beispiel aus einem Porenbeton-Wärmebrückenkatalog als Grundlage dient.
- Modellierung von Materialbereichen in AutoCAD
- Generierung eines FEM-Vierecksnetzes mit dem Netzgenerator
- Konfiguration der Materialeigenschaften und Randbedingungen
- Durchführung einer stationären thermischen FEM-Analyse
Auszug aus dem Buch
Modelleingabe mit AutoCAD
Die 9 Materialbereiche werden getrennt in die dafür vorgesehenen Baugruppen Layer eingegeben. Am Ende wird das CAD-Modell mit _region und _extrude in ein 3D-STEP-Modell oder wenn nur eine SAT-Schnittstelle verfügbar in ein 3D-SAT Modell umgewandelt damit es mit QUAD-Elemente vernetzt werden kann.
Eingabe Layer „Bodenplatte“: Erzeugen und aktivieren Sie das Layer „Bodenplatte“ und geben folgende 8 Linien mit dem Befehl „_line“ ein:
Eingabe Layer „Dämmung“: Erzeugen und aktivieren Sie das Layer „Dämmung“ und geben folgende 4 Linien ein:
Zusammenfassung der Kapitel
2D-Wärmebrückenberechnung mit AutoCAD und FEM-System MEANS V10: Einleitende Vorstellung des Anwendungsbeispiels einer einschaligen Außenwand mit Bodenplatte.
Modelleingabe mit AutoCAD: Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Erstellung der Geometrie in verschiedenen Layern und deren Vorbereitung für den Export.
2D-Netzgenerator starten: Beschreibung des Imports der CAD-Daten in MEANS V10 und die Erzeugung eines für die Simulation geeigneten QUAD-Netzes.
Koordinaten von Millimeter auf Meter umstellen: Erläuterung der Skalierung der Knotenkoordinaten für eine korrekte physikalische Berechnung.
Eingabe der Wärmeleitfähigkeiten: Anleitung zur Definition der thermischen Materialeigenschaften für jede Elementgruppe.
Eingabe der Randtemperaturen: Spezifikation der thermischen Randbedingungen an den definierten Knotenbereichen.
Eingabe der Konvektionen: Definition der konvektiven Wärmeübergangsbedingungen für Außen- und Innenwandflächen.
FEM-Analyse: Durchführung der numerischen Berechnung mittels des Quick-Solvers von MEANS V10.
Ergebnisauswertung: Darstellung und Analyse der berechneten Temperaturverteilung sowie der Wärmestromdichte.
Temperaturverteilung: Auswertung der maximalen und minimalen Oberflächentemperaturen im Modell.
Wärmestromdichte: Ermittlung der lokalen Wärmestromdichten zur Identifikation kritischer Bereiche.
Schlüsselwörter
Wärmebrückenberechnung, FEM-Analyse, AutoCAD, MEANS V10, QUAD-Elemente, Wärmeleitfähigkeit, Konvektion, Netzgenerierung, STEP-Schnittstelle, Temperaturverteilung, Wärmestromdichte, Porenbeton, CAD-Modellierung, thermische Simulation, Randbedingungen.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit bietet eine praktische Anleitung zur thermischen Simulation von Wärmebrücken bei Baukonstruktionen unter Verwendung von AutoCAD und der FEM-Software MEANS V10.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der CAD-Modelleingabe, der effizienten Vernetzung, der physikalischen Parametrierung von Materialeigenschaften und der abschließenden FEM-Berechnung sowie Ergebnisauswertung.
Was ist das primäre Ziel der Anleitung?
Das Ziel ist die erfolgreiche Durchführung einer 2D-Wärmebrückenberechnung, inklusive der Transformation in ein 3D-Modell, basierend auf einem konkreten Anwendungsbeispiel.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Lösung der stationären Wärmeleitungsgleichung eingesetzt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt den gesamten Workflow: von der layerbasierten Konstruktion in AutoCAD über den Netzexport und -import bis hin zur thermischen Belastung und numerischen Lösung im FEM-Solver.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wärmebrückenberechnung, FEM, AutoCAD, MEANS V10, Vernetzung und thermische Simulation.
Wie werden die 9 Materialbereiche in AutoCAD verarbeitet?
Die Bereiche werden in getrennten Layern erstellt, anschließend mittels Regionen- und Extrusionsbefehlen in ein 3D-Volumenmodell überführt und in das STEP-Format exportiert.
Wie werden die Randbedingungen für die Konvektion berechnet?
Die Konvektionswerte werden aus den gegebenen Wärmeübergangswiderständen (RA und RI) durch Kehrwertbildung in Wärmeübergangskoeffizienten umgerechnet.
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- Roland Schmidt (Autor), 2016, Wärmebrückenberechnung mit dem FEM-System MEANS V10, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/344412
