Basen-Fossilryggen terminen mallinnus: Esimerkki ABAQUS FEM -ohjelmiston käytöstä. Elo Seppo

Samankaltaiset tiedostot
Geologian tutkimuskeskus Q 19/2041/2006/ Espoo JÄTEKASOJEN PAINUMAHAVAINTOJA ÄMMÄSSUON JÄTTEENKÄSITTELYKESKUKSESSA

Sampomuunnos, kallistuneen lähettimen vaikutuksen poistaminen Matti Oksama

Kompleksilukujen käyttö sähkömagneettisia kaavoja johdettaessa Matti Oksama

IP-luotaus Someron Satulinmäen kulta-aiheella

ASROCKS -hankkeen kysely sidosryhmille

Geologian tutkimuskeskus 35/2017 Pohjavesiyksikkö Espoo Tuire Valjus

Kiviaineksen määrä Kokkovaaran tilan itäosassa Kontiolahdessa. Akseli Torppa Geologian Tutkimuskeskus (GTK)

Kultataskun löytyminen Kiistalassa keväällä 1986 johti Suurikuusikon esiintymän jäljille Jorma Valkama

Tulipalon vaikutus rakenteisiin CFD-FEM mallinnuksella

Happamien sulfaattimaiden kartoitus Keliber Oy:n suunnitelluilla louhosalueilla

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Pohjois-Suomen aluetoimisto Raportti 61/2012 Rovaniemi

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Raportti 1 (7) Länsi-Suomen yksikkö Herukka Oulu ( ) Kokkola Annu Martinkauppi ja Petri Hakala 27.8.

Hämeen alueen kallioperän topografiamalli

Tiilipiipun palonkestävyysanalyysi Simulointi välipohjan paksuudella 600 mm Lämpötilaluokka T450

Ruiskuvalumuotin jäähdytys, simulointiesimerkki

Serpentiinin ja serpentiniitin hyotykayttonakymia

CHEM-A1410 Materiaalitieteen perusteet

Maatutkaluotauksen soveltuvuudesta maan lohkareisuuden määrittämiseen Pekka Hänninen, Pekka Huhta, Juha Majaniemi ja Osmo Äikää

PYHÄJOEN PARHALAHDEN TUULIPUISTO- HANKEALUEEN SULFAATTIMAAESISELVITYS

HYDROTERMISEN. GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS Pohjois-Suomen aluetoimisto Työraportti VAIKUTUS KIVIEN PETROFYSIKAALISIIN OMINAISUUKSIIN KUUSAMON~ Y ~ S S A

Kryogeniikka ja lämmönsiirto. DEE Kryogeniikka Risto Mikkonen

Geologisten 3D-mallien tallentaminen 3Dmallinnusohjelmien

Geologian tutkimuskeskus M06/3821/-97/1/10 Inari, Angeli. Antero Karvinen Rovaniemi

RAPAKALLIOTUTKIMUKSET PELKOSENNIEMEN SUVANNOSSA 1998

RYHMÄKERROIN ÄÄNILÄHDERYHMÄN SUUNTAAVUUDEN

Lumirakenteiden laskennassa noudatettavat kuormat ja kuormitukset

Tiilipiipun palonkestävyysanalyysi Simulointi välipohjan paksuudella 600 mm Läpivienti täysin eristetty ja osittain tuuletettu rakenne

Maanvastaisen alapohjan lämmöneristys

Bergansin geoenergiatutkimukset ja energiakaivokentän mallinnus

LÄMPÖPUMPUN ANTOTEHO JA COP Täytä tiedot vihreisiin ruutuihin Mittauspäivä ja aika LASKE VIRTAAMA, JOS TIEDÄT TEHON JA LÄMPÖTILAERON

Simulation and modeling for quality and reliability (valmiin työn esittely) Aleksi Seppänen

Materiaali on lineaarinen, jos konstitutiiviset yhtälöt ovat jännitys- ja muodonmuutostilan suureiden välisiä lineaarisia yhtälöitä.

Sampon tangentiaalisesta komponentista Matti Oksama

Stalatube Oy. P u t k i k a n n a k k e e n m a s s o j e n v e r t a i l u. Laskentaraportti

EU:n FIRE-RESIST-projekti: Palosimulointimenetelmät tuotekehityksen tukena

Maaperäkarttojen vertailu - Helsinki, Espoo, Vantaa, GTK

Luvun 12 laskuesimerkit

SAMPOSUUREET Matti Oksama

Vesijärven sedimenttitutkimukset kaikuluotaamalla 2018

Vaakarakoilu Länsi-Metron linjauksen alueella Salmisaaresta Matinkylään Mari Tuusjärvi

FAKTAT M1. Maankohoaminen

Tammelan Liesjärven Au-Cu -kohteen geofysikaaliset tutkimukset 2016

DEE Sähkömagneettisten järjestelmien lämmönsiirto Ehdotukset harjoituksen 2 ratkaisuiksi

Break. the Limits! Pienjännitekojeet

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

Kuva 1. Mallinnettavan kuormaajan ohjaamo.

ÄÄNEKKÄÄMMÄN KANTELEEN MALLINTAMINEN ELEMENTTIME- NETELMÄLLÄ

IP-mittaukset ja 3D-tulkinta Ilmajoen Välikorven tutkimuskohteelta Taija Huotari-Halkosaari

Mynämäen kaivon geoenergiatutkimukset

Itä-Suomen yksikkö K/781/41/ Kuopio. Kalliokiviaineskohteiden inventointi. Pohjois-Karjala. Reino Kesola. Tilaaja:

Kojemeteorologia (53695) Laskuharjoitus 1

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

KAINUUN KOEASEMAN TIEDOTE N:o 5

Kullaan Levanpellon alueella vuosina suoritetut kultatutkimukset.

PAINOVOIMAMITTAUKSET & KALLIO JA p ohja VESIPINNAN MALLINNUS Hakkila- Hiekkaharju- Koivukyla, Vantaa

Geoenergia ja pohjavesi. Asmo Huusko Geologian tutkimuskeskus GTK

Jos olet käynyt kurssin aikaisemmin, merkitse vuosi jolloin kävit kurssin nimen alle.

KARKKILAN HONGISTON POHJAVESIALUEEN GEOLOGISEN RAKENTEEN SELVITYS JA VAIKUTUS POHJAVESIOLOSUHTEISIIN

Ruokinnan talous, hyvä säilörehu kaiken pohjana, pellolta pöytään!

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Valokuva: Aalto-yliopistokiinteistöt Otaniemen geoenergiapotentiaali

TUULIVOIMAPUISTO LÅNGMOSSA. Näkemäalueanalyysi. Versio Päivämäärä Tekijät Hyväksytty Tiivistelmä

Vertailukoe Massa-analyysi, maksimitiheys, kappaletiheys, asfalttipäällysteen paksuus

(b) Tunnista a-kohdassa saadusta riippuvuudesta virtausmekaniikassa yleisesti käytössä olevat dimensiottomat parametrit.

KEMIJOEN JÄÄPEITTEEN SEURANTA PAAVALNIEMI - SORRONKANGAS VÄLILLÄ 2012

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

PROMATECT -200 Teräsrakenteiden palosuojaus

= P 0 (V 2 V 1 ) + nrt 0. nrt 0 ln V ]

LÄSÄ-lämmönsäästäjillä varustettujen kattotuolirakenteiden lämpöhäviön simulointi

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

-'*. 419/3533/21 /? Geologinen tutkimuslaitos

Liite 2. Maisema- ja kulttuuriympäristön karttatarkastelu, näkemäalueanalyysien tulokset ja kuvasovitteet

1 Tieteellinen esitystapa, yksiköt ja dimensiot

Energiakaivojen mitoitukseen vaikuttavat tekijät

Jännite, virran voimakkuus ja teho

Energiatehokas sähkölämmitys Lämmityksen mitoitus, tehtävävastaus Pirkko Harsia TAMK

Litium tutkimukset Someron Luhtinmäellä vuonna 2012 Timo Ahtola & Janne Kuusela

Icewing Frostwing Trafin auditorio klo 14 Pekka Koivisto. Vastuullinen liikenne. Yhteinen asia.

PUTKI FCG 1. Kairaus Putki Maa- Syvyysväli Maalaji Muuta näyte m Sr Kiviä Maanpinta m Sr. Näytteenottotapa Vesi Maa

Lämpökamerakuvaus Terrafame Oy:n Sotkamon kaivosalueella

PAKOPUTKEN PÄÄN MUODON VAIKUTUS ÄÄNENSÄTEILYYN

KALLIOPOHJAVESITASE JA VEDENLAADUN ARVIOINTI KELIBER OY:N SYVÄJÄRVEN LOUHOKSELLA PÄIVITYS 2018 SEKÄ KUORMITUKSEN ARVIOINTI

Suomen geoenergiavarannot. Asmo Huusko Geologian tutkimuskeskus GTK

Geoenergian (maa- ja kalliolämpö) hyödyntäminen rakennusten ja yhdyskuntien energiahuollossa sekä huomioiminen kaavoituksessa

Kultatutkimukset Alajärven Peurakalliolla vuosina Heidi Laxström, Olavi Kontoniemi

Pieksämäen Lohkolinjakankaan kairaukset vuonna 2016

Siilomittari Jarkko Jokinen, Kalevi Sulkanen ja Teemu Koskinen

Natura -luontotyyppien mallinnus FINMARINET -hankkeessa. Henna Rinne Åbo Akademi, Ympäristö- ja meribiologian laitos

INSPIREn määrittelyjen mukaisen tietotuotteen muodostaminen: <Maannos>

EPMAn tarjoamat analyysimahdollisuudet

LASKENNALLISEN TIETEEN OHJELMATYÖ: Diffuusion Monte Carlo -simulointi yksiulotteisessa systeemissä

3D inversio maavastusluotaustutkimuksissa

Geofysikaalisia tutkimuksia Soklissa vuosina

Tuuli- ja rantakerrostumien inventointi GTK:n Etelä-Suomen yksikössä 2009 Rauhaniemi Tom & Sahala Lauri

1 Kohina. 2 Kohinalähteet. 2.1 Raekohina. 2.2 Terminen kohina


Outokummun syväreiän ja sen viereisen pohjavesikaivon lämpötila ja vedenpintaseuranta

TERO-mittausten matemaattinen mallintaminen ja tulkinta

Työraportti Etelä-Suomen aluetoimisto Q 18/23.0/95/1 Erityistoiminnot Seppo Koho

Geonergia osana kaupunkien energiaratkaisuja. Asmo Huusko Geologian tutkimuskeskus (GTK)

Transkriptio:

Geologian tutkimuskeskus Raporttitunnus 6/2011 Etelä-Suomen yksikkö 02.02.2011 Espoo Basen-Fossilryggen terminen mallinnus: Esimerkki ABAQUS FEM -ohjelmiston käytöstä Elo Seppo

GEOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS KUVAILULEHTI Tekijät Seppo Elo Raportin laji Arkistoraportti Toimeksiantaja GTK Raportin nimi Basen Fossilryggen terminen mallinnus: Esimerkki ABAQUS-ohjelmiston käytöstä Työssä mallinnetaan jäätikön vaikutusta sen alla sijaitsevan kallioperän lämpötilaan Basen-Fossilryggenin alueella Etelämantereella. Työ on samalla esimerkki ABAQUS FEM (Finite Element Modeling) ohjelmiston käytöstä yksinkertaisessa kallioperän ylimmän osan termisessä mallinnuksessa. Työ liittyy Tapio Ruotoistenmäen ja Jukka Lehtimäen tutkimukseen Geophysical Studies of Bedrock, Permafrost and Continental Ice in Queen Maud Land, Antarctica (Ruotoistenmäki ja Lehtimäki, 2009). ABAQUS-analyysin tulokset eivät merkittävästi eroa analyyttisestä ratkaisusta. 2-dimensionaalisella ja 1- dimensionaalisella mallinnuksella on havaittava ero. Annetuilla reunaehdoilla lämpötilan nollakäyrä kohoaa jäänpohjan yläpuolelle, jos jään paksuus on suurempi kuin 669-679 m. Asiasanat Antarctica, Finite Element Analysis, Thermal Analysis Maantieteellinen alue (maa, lääni, kunta, kylä, esiintymä) Etelämanner, Basen-Fossilryggen Karttalehdet Muut tiedot Arkistosarjan nimi Kokonaissivumäärä 12 Kieli Suomi Arkistotunnus 6/2011 Hinta Julkisuus Julkinen Yksikkö ja vastuualue Espoon yksikkö, VA 215 Hanketunnus 9420000 Allekirjoitus/nimen selvennys Allekirjoitus/nimen selvennys Seppo Elo

Sisällysluettelo 1. Johdanto 2. Abaqus-esittely 3. FEM-menetelmän verifiointi 4. Basen-Fossilryggen 1-D mallinnus 5. Basen-Fossilryggen 2-D mallinnus 6. Yhteenveto 7. Kiitokset 8. Viitteet 3

1 JOHDANTO Työssä mallinnetaan jäätikön vaikutusta sen alla sijaitsevan kallioperän lämpötilaan Basen-Fossilryggenin alueella Etelämantereella. Työ on samalla esimerkki ABAQUS FEM (Finite Element Modeling) ohjelmiston käytöstä yksinkertaisessa kallioperän ylimmän osan termisessä mallinnuksessa. Työ liittyy Tapio Ruotoistenmäen ja Jukka Lehtimäen tutkimukseen Geophysical Studies of Bedrock, Permafrost and Continental Ice in Queen Maud Land, Antarctica (Ruotoistenmäki ja Lehtimäki, 2009). 2 ABAQUS-OHJELMISTON ESITTELY ABAQUS on moniin tarkoituksiin sopiva Finite element -ohjelma, joka on erityisesti suunniteltu ulkoisten kuormien vaikutuksen analysointiin kiinteissä aineissa ja rakenteissa. Ohjelmassa on mm. seuraavanlaisia ominaisuuksia: - Valmiudet sekä staattiseen että dynaamiseen mallinnukseen. - Kyky mallintaa suuria muodonmuutoksia käyttäen 2-D ja 3-D malleja. - Laaja elementtivalikoima. - Monipuoliset välineet kontaktien mallinnukseen. - Laaja materiaalikirjasto, joka sisältää mm. valmiudet mallintaa elastista, elastisplastista ja plastista käyttäytymistä sekä käyttää esimerkiksi vaahtokumi-, betoni-, maaperä- ja pietsosähköisiä materiaalimalleja. - Kyky mallintaa värähtelyjä, nesteen ja kiinteiden rakenteiden vuorovaikutusta, akustisia ilmiöitä, lommahduksia, yms. - Valmiudet kytkettyyn termomekaaniseen analyysiin. ABAQUS -ohjelmaa käytetään paljon lentokone-, auto-, öljy- ja mikroelektroniikkateollisuudessa mutta myös tutkimuslaitoksissa ja yliopistoissa. ABAQUS -ohjelmiston on laatinut Hibbitt, Karlsson and Sorensen, Inc (HKS). Nykyisin ABAQUS -ohjelmistoa ylläpitää ja kehittää Simulia, jonka päätoimipaikka on Providence, RI, USA. Simulia on osa Dassault-Systèmes -yhtiötä, jonka toimiala on 3-D menetelmät visualisoinnissa, suunnittelussa ja mallinnuksessa. Yhtiön päätoimipaikka on Vélizy-Villacoublay, Ranska. 4

3 FEM-MENETELMÄN VERIFIOINTI Käytetään FEM-menetelmää sellaisen probleeman ratkaisemiseen, johon on olemassa myös analyyttinen ratkaisu. Yksi tällainen probleema on 1-dimensionaalinen lämmön johtuminen puoliavaruudessa, jolle on olemassa seuraava analyyttinen ratkaisu (Turcotte & Schubert, 2002). q y T(y,t)=T 0 + y + T erfc k 2 κt missä T= lämpötila T 0 = alkulämpötila T = äkillinen lämpötilan muutos maan pinnalla q = lämpövuo erfc= virhefunktion komplementti k= lämmönjohtavuus y= syvyys maanpinnasta κ = terminen diffusiviteetti t= aika Taulukossa 1 on verrattu analyyttistä ratkaisua ABAQUS -ohjelmalla laskettuihin arvoihin seuraavilla lähtöasetuksilla. T 0 = 0 C, T=-8 C, q= 0.050 W/m 2, k= 3 W m -1 K -1, c P = 840 J kg -1 K -1, ρ= 2900 kg m -3, κ= k / (ρ c P ) ABAQUS-analyysi tehdään kahdessa vaiheessa. Ensin lasketaan steady state -tilanne pintalämpötilalle 0 C ja lämpövuolle 0.050 W/m 2. Toisen vaiheen alussa pintalämpötilaa alennetaan 8 C, jonka jälkeen lasketaan transienttiratkaisu halutulle ajankohdalle. Ratkaisun tarkkuus riippuu luonnollisesti elementtien määrästä ja sallitusta lämpötilamuutoksesta per laskentakierros. Elementin tyypiksi valittiin C3D8 (An 8-node linear heat transfer brick). Taulukossa esitetty tulos on saatu kun lämpötilan muutos on rajoitettu 0.001 C:een per laskentakierros. Elementin kooksi asetettiin pystysuunnassa 100 m ja vaakasuunnassa 1000 m x 1000 m. Elementit ulottuvat 20 km:n syvyyteen, joten niiden määrä on 200 kpl. Mallin horisontaalisella koolla ei ole merkitystä, koska kyse on 1-dimensionaalisesta lämmönsiirtymisestä vertikaalisuunnassa. On tärkeää asettaa lämpövuota koskeva reunaehto riittävän syvälle, tässä tapauksessa kuten myös seuraavissa tapauksissa ehto asetettiin 20 km:n syvyyteen. Laskennan alussa aikaaskeleeksi asetettiin 1 vuosi, jota laskennan edistyessä ohjelman annettiin itse optimoida. Huomataan, että analyyttisten ratkaisujen ja ABAQUS -mallinnuksen tulosten keskimääräiset poikkeamat vaihtelevat välillä 0.002 C 0.0087 C eron ollessa sitä pienempi mitä pitempi laskentajakso. Steady state ratkaisut eivät poikkea toisistaan lainkaan. 5

Taulukko 1: Analyyttisten ja mallinnettujen ratkaisujen vertailu. (z) (1a) (1b) (2a) (2b) (2c) (3a) (3b) (3c) (4a) (4b) (4c) (5a) (5b) (5c) 0-8.0000-8.0000-8.0000-8.0000 0.0000-8.0000-8.0000 0.0000-8.0000-8.0000 0.0000-8.0000-8.0000 0.0000 100-6.3333-6.3333-6.2609-6.2609 0.0000-6.1044-6.1042 0.0001-5.6106-5.6098 0.0008-4.0913-4.0808 0.0105 200-4.6667-4.6667-4.5218-4.5218 0.0001-4.2090-4.2087 0.0003-3.2305-3.2290 0.0015-0.4506-0.4416 0.0091 300-3.0000-3.0000-2.7828-2.7827 0.0001-2.3142-2.3138 0.0004-0.8685-0.8663 0.0021 2.7461 2.7417-0.0043 400-1.3333-1.3333-1.0437-1.0436 0.0001-0.4204-0.4198 0.0006 1.4672 1.4698 0.0025 5.4569 5.4372-0.0197 500 0.3333 0.3333 0.6953 0.6954 0.0002 1.4724 1.4731 0.0007 3.7694 3.7721 0.0027 7.7509 7.7234-0.0275 600 2.0000 2.0000 2.4342 2.4344 0.0002 3.3636 3.3645 0.0008 6.0319 6.0347 0.0027 9.7493 9.7235-0.0258 700 3.6667 3.6667 4.1731 4.1734 0.0002 5.2532 5.2541 0.0010 8.2503 8.2527 0.0024 11.5705 11.5518-0.0187 800 5.3333 5.3333 5.9119 5.9122 0.0003 7.1407 7.1418 0.0011 10.4211 10.4231 0.0020 13.3005 13.2894-0.0111 900 7.0000 7.0000 7.6507 7.6510 0.0003 9.0260 9.0272 0.0012 12.5427 12.5440 0.0014 14.9901 14.9845-0.0056 1000 8.6667 8.6667 9.3894 9.3897 0.0004 10.9087 10.9100 0.0013 14.6145 14.6151 0.0006 16.6640 16.6616-0.0024 k.a. 0.0002 k.a. 0.0007 k.a. 0.0017 k.a. 0.0087 (z) syvyys maanpinnasta (m) (1a) Analyyttinen steady state ratkaisu ( C) (1b) Mallinnettu steady state ratkaisu ( C) (2a) Analyyttinen transientti ratkaisu ( C), aika 1000 ka (2b) Mallinnettu transientti ratkaisu ( C), aika 1000 ka (2c) Erotus 2b-2a ( C) (3a) Analyyttinen transientti ratkaisu ( C), aika 100 ka (3b) Numeerinen transientti ratkaisu ( C), aika 100 ka (3c) Erotus 3b-3a ( C) (4a) Analyyttinen transientti ratkaisu ( C), aika 10 ka (4b) Numeerinen transientti ratkaisu ( C), aika 10 ka (4c) Erotus 4b-4a ( C) (5a) Analyyttinen transientti ratkaisu ( C), aika 1 ka (5b) Numeerinen transientti ratkaisu ( C), aika 1 ka (5c) Erotus 5b-5a ( C) k.a. Erotuksen keskiarvo ( C) 6

4. Basen-Fossilryggen 1-D mallinnus Mallinnus aloitettiin 1-dimensionaalisilla malleilla. Kuvan 4.1 mukaisesti otettiin käsittelyyn seuraavat tapaukset: Jään paksuus kallion päällä 0 m, 350 m, 800 m, 250 m ja 450 m. Reunaehdoksi annettiin lämpövuo = 50 mw/m 2 20 kilometrin syvyydessä. Materiaalivakioiksi jäälle annettiin tiheys 915 kg/m 3, lämmönjohtavuus 2.25 Wm -1 K -1 ja ominaislämpökapasiteetti 2020 J kg -1 K -1, ja kalliolle tiheys 3000 kg/m 3, lämmönjohtavuus 3.0 W m -1 K -1 ja ominaislämpökapasiteetti 840 J kg -1 K -1. Kuva 4.1. 1-dimensionaalisessa analyysissä ratkaistut tapaukset. Elementiksi valittiin tyyppi DC3D8 (An 8-node linear heat transfer brick). Vaakasuunnissa mallissa oli vain yksi elementti 1000 m x 1000 m, mutta pystysuunnassa elementtejä oli 50 metrin välein pinnasta 20 km:n syvyyteen. Ratkaisu laskettiin steady state -tilanteelle. Kuvassa 4.2 ja taulukossa 4.1 on esitetty analyysien tulokset. Valituilla materiaalivakioilla ja reunaehdoilla lämpötilan nolla-arvo (C ) sijoittuu sitä lähemmäksi maanpintaa mitä paksumpi jääpeite on. Esimerkiksi, kun jäätä ei ole ollenkaan, lämpötilan nolla-arvo sijoittuu 900 m:n syvyyteen, ja kun jään paksuus on 800 m, lämpötilan nolla-arvo sijoittuu 675 m:n syvyyteen. 7

Kuva 4.2. Lämpötila syvyyden funktiona viidelle eri jään paksuudelle. Taulukko 4.1. Lämpötilan nollapisteen syvyys jään paksuuden funktiona Jään paksuus d/m 0-asteen syvyys z/m 0 900 250 816 350 782 450 749 800 675 5. Basen-Fossilryggen 2-D mallinnus 2-dimensionaalinen mallinnus tehtiin ensin yksinkertaistetulle mallille (kuva 5.1.) ja sitten todelliselle mallille (kuva 5.4.) käyttämällä samoja materiaalivakioita ja reunaehtoja kuin 1-dimensionaalisessa mallinnuksessa. Mallielementiksi valittiin DC2D8 (An 8-node quadratic heat transfer quadrilateral). Elementtien kooksi valittiin maanpinnalla sekä jään ja kallion rajapinnalla 50 m, mutta mallin reunoilla ja pohjalla 500 m, jolloin elementtijako tihenee kohti jään ja kallion rajapintaa. Kuvassa 5.2. on esitetty osa elementtihilasta. 8

Kuva 5.1. Yksinkertaistettu 2-dimensionaalinen malli. Huomaa kymmenkertainen liioittelu pystysuunnassa. Kuva 5.2. Osa yksinkertaistetun mallin elementtihilasta. Yläreuna on maanpinta. Vahvennettu viiva on jään ja kallion rajapinta. Elementin koko maanpinnalla sekä jään ja kallion rajapinnalla on noin 50 m x 50 m. Ei liioittelua vertikaalisuunnassa. 9

Kuva 5.3. Lämpötila syvyyden funktiona eri jään paksuuksille kuvaan 5.1. merkityissä kohdissa. Verrattaessa yksinkertaistetun 2-dimensionaalisen mallinnuksen tuloksia 1- dimensionaalisen mallinnuksen tuloksiin huomataan esimerkiksi, että jään paksuuden ollessa 800 m nollalämpötila sijoittuu 2-dimensionaalisella mallilla 689 m:n syvyyteen (c kuvissa 5.1. ja 5.3.) ja 1-dimensionaalisella mallilla 675m:n syvyyteen. Jään paksuuden ollessa 450 m nollalämpötila sijoittuu 2-dimensionaalisella mallilla 750 757 m:n syvyyteen (d ja f kuvassa 5.1. ja 5.3.) ja 1- dimensionaalisella mallilla 749 m:n syvyyteen. 10

Kuva 5.4. Todellinen 2-dimensionaalinen malli. Huomaa kymmenkertainen liioittelu pystysuunnassa. Mallinnuksen tulokset 2-dimensionaaliselle todelliselle mallille on esitetty kuvassa 5.5., missä näkyy myös elementtien koko lähellä jään ja kallion rajapintaa ja maanpintaa.. 6. Yhteenveto FEM-analyysin tulokset eivät merkittävästi eroa analyyttisestä ratkaisusta. 2- dimensionaalisella ja 1-dimensionaalisella mallinnuksella on havaittava ero. Annetuilla reunaehdoilla lämpötilan nollakäyrä kohoaa jäänpohjan yläpuolelle, jos jään paksuus on suurempi kuin 669-679 m. 7. Kiitokset Kiitän Tapio Ruotoistenmäkeä hänen antamastaan probleemasta ja Kimmo Korhosta termistä mallinnusta koskevista keskusteluista. 8. Viitteet Ruotoistenmäki, R., ja Lehtimäki, J. 2009. Geophysical and Geodetic Studies of Bedrock, Permafrost and Continental Ice in Queen maud land, Antractica. Geophysica (2009), 45(1-2), 63-76. Turcotte, D.L. & Schubert, G. 2002. Geodynamics, 2nd ed. Xv+456 pp., Cambridge, New York. 11

Kuva 5.5. Termisen mallinnuksen tulos 2-dimensionaaliselle todelliselle mallille. Elementin koko noin 50 m x 50 m (lue teksti). Jään ja kallion rajapinta on vahvennettu. Lämpötilan nollakäyrä ( C) on punaisen ja harmaan rajalla. Pysty- ja vaakamittakaavat ovat samat. 12