Моделирование теплообмена методом конечных элементов (МКЭ) выполняется для определения действительного распределения температур и тепловых потоков в строительных конструкциях и грунтах. В зависимости от учёта фактора времени, различают:

• стационарные расчёты теплопроводности, в которых учитывается теплопроводность материалов, а граничные условия (температуры, тепловые потоки) принимаются постоянными во времени;

• нестационарные расчёты теплопроводности, в которых учитывается не только теплопроводность, но и теплоёмкость материалов, а граничные условия изменяются во времени.

​

В нестационарных расчётах в результате учёта теплоёмкости, для изменения температуры на определённую величину требуется поглощение или отдача определённого количества тепловой энергии, а скорость передачи тепловой энергии зависит от теплопроводности и температурного градиента. Это позволяет определить время, необходимое на изменение температурного режима.

​

Таким образом, стационарные расчёты позволяют получить постоянный температурный режим, нестационарные расчёты позволяют воспроизвести изменение температурного режима во времени.

​

Расчёты температурного режима конструкций

 

Определение температурных полей в конструкциях требуется для учёта температурных воздействий в расчётах напряжённо-деформированного состояния (НДС). Изменение температуры материала приводит к изменению его объёма, что учитывается коэффициентом линейного расширения. В свою очередь, изменение объёма материала (например, одних слоёв относительно других) вызывает появление дополнительных температурно-обусловленных напряжений, которые определяются на основе распределения температурных градиентов в объёме конструкции.

​

В таких задачах, как расчёт сплошной однородной стены при постоянных температурах с обеих сторон, распределение температур по толщине конструкции будет линейным и не требует специального моделирования. Расчёты теплопроводности становятся необходимы, когда распределение температур в конструкциях не поддаётся аналитическому определению:

• в конструкциях сложной геометрической формы, например, в массивных конструкциях;

• когда граничные условия изменяются во времени, например, учёт сезонных температурных воздействий, или температурных воздействий пожара.

​​

Полученное в расчёте теплопроводности температурное поле передаётся в расчёт напряжённо-деформированного состояния (однократно или многократно, как в случае нестационарного расчёта теплопроводности и поэтапного расчёта НДС). Таким образом, выполняется расчёт термоупругости, носящий мультифичичный характер.