Kurset har som overordnet mål at bibringe de studerende en forståelse for modellering af støbe og svejseprocessers termiske og mekaniske opførsel. De studerende gøres fortrolige med grundlæggende modelleringsmetoder til beregning af temperaturer og spændinger og tøjninger indenfor støbning og svejsning. Dette opnås dels ved at programmere de numeriske metoder selv, dels ved at anvende den kommercielle finite element programpakke COMSOL. Et gennemgående tema i kurset er beskrivelse af processerne v.h.a. både numeriske og analytiske metoder og sammenligning mellem disse som et værktøj til at vurdere de numeriske metoders validitet.
Læringsmål:
En studerende, der fuldt ud har opfyldt kursets mål, vil kunne:
Forstå den grundlæggende natur af temperatur- og spændingsfelter i støbning og svejsning
Anvende numeriske metoder til beregning af temperaturer og spændinger generelt
Anvende numeriske metoder til beregning af temperaturer og spændinger inden for støbning og svejsning
Anvende Matlab til løsning af differentialligninger
Anvende Matlab til løsning af varmeledningsligningen
Anvende COMSOL til modellering af termiske og mekaniske felter i simple svejste geometrier
Evaluere numeriske løsningers validitet ved sammenligning med relevante analytiske løsninger
Vurdere mulighederne i at løse termomekaniske problemer med analytiske og numeriske metoder
Kursusindhold:
Forelæsninger: 1. Numeriske metoder til simulering af termiske materialeprocesser, herunder kontrolvolumenbaseret differensteknik og finite element metoden. Termisk modstand. Formulering i polære koordinater. Eksplicitte og implicitte algoritmer. Stabilitetsanalyser. Crank-Nicholsons metode og ADI-metoden. Analytisk beskrivelse baseret på fejlfunktionsløsnigen. Riemann-temperatur. Varmeovergangstal, Algoritmer for frigivelse af størkningsvarme Scheils, Brody-Flemings og Clyne-kurz modeller. Chvorinovs modullov. Løsning af Stefan problemet Termiske inducerede spændinger og tøjninger. Interne og eksterne indspændinger i støbeprocesser. Termiske spændinger i overfladen af permanente støbeforme. 2. Modellering af termomekaniske felter i svejsning. Analytisk og numerisk løsning af varmeledningsligningen for bevægelige varmekilder: Punktkilde og liniekilde. Stationære og transiente temperaturfelter. Eulersk og Lagrangesk formulering. Introduktion til termiske inducerede spændinger i svejsning
Øvelser: Opstilling og programmering af algoritmer samt brug af kommerciel software til simulering af støbning og svejsning. Øvelsesdelen indeholder to dele svarende til forelæsningsdelen: 1. Modellering af størkningsforløbet for et sandstøbt pladeemne og et pladeemne støbt i permanent form. Programmeringssprog: Matlab 2. Modellering af svejsning ud fra teorien om bevægelige varmekilder. Simuleringprogram: COMSOL
