国内关于接触热阻在有限元分析中的研究进展

《国内关于接触热阻在有限元分析中的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、国内关于接触热阻在有限元分析中的研究进展　　【摘要】本文简单介绍接触热阻的产生机理以及近些年来国内对接触热阻关于有限元方面最新研究成果和进展，对已有的研究工作进行了总结，并指出以后的研究方向。　　【关键词】接触热阻；有限元；研究进展　　【Abstract】Themechansimofthermalcontactresistanceisintroduced.Andthelatestresearchresultsthatusingfiniteelementmethodtosimulatethermalcontactreisistancearesummarized.Bas

2、edonthereportedstudies，thefutureresearchesarediscussed.　　【Keywords】Thermalcontactresistance；Finiteelement；Researchprogress　　1接触热阻的简介　　接触热阻（Thermal6ContactResistance，简称TCR）问题已经涉及到航天、机械制造、微电子、化工、低温超导、生物医学、核反应堆以及仪器仪表等众多科学与工程领域。接触热阻（TCR）的产生机理，广大学者普遍认为是由于粗糙表面间的不完全接触所造成的热流收缩而导致的[1]。从理论上讲，完全接

3、触的接触面应该保持同一温度，而在实际工程中，任何表面在微观上都是粗糙的，故任何固体表面之间都不可能完全接触，接触的地方直接导热，在不接触处存在空隙，产生热流收缩，存在传热阻力（即接触热阻）。　　接触热阻的定义是固体界面温差与其通过界面的热流密度之比（如图1所示）。即：　　式中，？驻T为固体接触面的温差，k；A为接触面横截面面积，m2；Q为通过横截面的热流量，w。　　图1界面接触热阻　　本文简单介绍接触热阻的产生机理以及近些年来国内对接触热阻关于有限元方面最新研究成果和进展，对已有的研究工作进行了总结，并指出以后的研究方向。　　2接触热阻的有限元研究　　目前，接触热阻

4、主要有三个研究方向：纯理论模型研究、实验研究和数值模拟分析。自20世纪30年代俄国科学家Kapit发现了热阻以及1941年卡皮扎首次测量接触界面热导以来，国内外学者对接触热阻主要从理论研究和实验研究进行展开。关于接触热阻在实验和理论的研究概述已有大量的文献，如张平，宣益民，李强从传热机理、测量方法、减少接触热阻方面对界面TCR的研究进行了概述[1]；任红，胡金刚在理论和实验方面系统的介绍TCR的研究进展[2]；王安良，赵剑锋针对TCR的理论预测的研究进行系统性的概述[3]。6　　近些年来随着计算机不断的发展，人们利用计算机进行数值分析研究。并且将会有越来越多的研究人

5、员使用有限元进行接触热阻的数值模拟分析，数值分析可以为接触热阻实验提供了很好的借鉴意义。到目前为止，接触热阻在使用有限元进行数值模拟分析方面发表的文献不多。李鹏[4]在他的硕士论文中在模型界面表面建立长方体、圆柱体、球体、圆锥体来模拟粗糙表面粗糙峰的接触，并且对热接触进行了有限元数值分析模拟。刘冬欢[5]基于多点接触理论对高温下的接触热阻进行了有限元模拟。沈军、马俊及刘伟强[6]等人分别采用截锥体、圆弧形和三角形来模拟实际物体的接触面，并利用DELAUNAY三角形非结构化网格离散温度场，使用有限元数值计算接触热阻。陆敏恂[7]等人也是采用多个长方体凸体来近似模拟接触

6、表面粗糙度，并对Mosfet功率管和散热片的接触热阻进行了有限元分析。张楠[8]利用CAD/CAM技术建立W-M分形特征的三维实体模型，并利用有限元网格划分。吴登蓓[9]采用Sierpinshi分形理论建立模型，通过MSC.Datran和Nastran软件计算接触热阻。孙柯[10]假设轮廓高度服从高斯分布，并将接触面等效为粗糙表面与光滑弹性表面接触，利用多点理论分别建立圆柱体和圆锥体的有限元模型对接触热导率进行了预测。李磊等人[11]制作了测量HFCVD系统中衬底接触热阻的实验装置，并利用ANSYS分析HFCVD系统中衬底的温度场。曹骏等人[12]在机床研究中考虑了

7、接触热阻，并利用ansys软件进行了有限元分析。范立云等人[13]在考虑接触热阻因素下，利用有限元对活塞组耦合模型进行了温度场分析。梁国定、原渭兰[14]在考虑接触热阻因素下，对火箭发动机的热烤进行了数值模拟研究。黄涛等人[15]利用I-DEAS/TMG建立空间相机有限元模型。仿真计算热阻波动对温度的影响。李建平等人[16]通过热传导反问题的求解，间接得到接触热阻，并利用ansys模拟瞬态温度场。许敏[17]将分形数学和热传导理论结合，建立接触热阻的分形模型，并基于模型利用有限元对砂轮主轴进行了热分析。吴圣陶[186]等人利用围观数学和截锥体建立界面接触，并利用