UG有限元分析第13章课件.ppt

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1、第13章结构热应力分析实例精讲——电路板热应力分析本章内容简介本实例利用UGNX高级仿真结构热分析中的【SOL153SteadyStateNonlinearHeatTransfer】的解算方案，首先介绍了电路板的热传递分析的操作流程及操作要点，然后利用高级仿真结构静力分析中的【SOL101LinearStatics-GlobalConstraints】解算方案，根据前面得到的分析结果作为静力分析的载荷，进行热应力分析。本章节主要内容:基础知识问题描述问题分析操作步骤本节小结13.1基础知识在12章中介绍了热传递分析的一些基本知识，在本章实例中将使用12章中使用的发热率、对流和辐射，除此之外，本

2、章还将在热载荷中使用热通量，在热约束中将使用温度作为约束条件：（1）热通量简介（2）热约束简介许多实际工程问题中，由于温度的作用使结构产生过大的热应力，因而产生破坏性效果，如电子芯片的传热与热应力失效问题，陶瓷和薄膜中的热应力，钢结构制造工艺中的焊接残余应力问题等等，因此研究由温度引起的热应力分析有着重要的实际工程及学术意义。13.2问题描述如图所示为电路板的三维模型，在很多电子产品中都可以见到，因为PCB板上布满了发热元件与导线，简化掉导线后对大功率的电路板进行热分析后，考虑热传递及重力对电路板结构的综合作用。工况条件板的材料为PCB，其它元件为SiC，材料性能参数如表所示，传热分析的载荷与

3、约束条件如图所示所示，电路板对外界的对流系数（膜系数）为1e-005W/mm^2-C，空气环境温度为40℃，先研究电路板的稳态温度分布情况；电路板的8个螺钉孔在结构静力分析中是固定的，需要考虑重力与温度的耦合作用，需要解算电路板的应力分布状态。电路板的三维模型及热约束载荷电路板的结构约束与重力载荷13.3问题分析首先要做一个电路板的稳态热传递分析，约束与载荷如图所示，温度热约束与发热载荷施加在元件体上，热通量（热流）约束施加在体的上表面；对流条件施加在整个电路板与空气接触的部位，不考虑辐射的影响；将热分析得到的温度结果作为子工况解算的温度预载，同时考虑重力的影响，约束电路板的8个螺钉孔，进行结

4、构静力分析，得到电路板的应力及变形情况。因为NX中的材料库提供的材料比较有限，需要自己创建所需要的材料，并赋予相应的几何部件，材料具体信息详见表所示。13.4操作步骤创建有限元模型模型检查和修改参数创建仿真模型定义仿真对象的接触关系施加载荷和约束计算求解结果分析结构静力分析，求解热应力及重力的耦合应力场进行结构静力学的求解静力分析结果后处理13.5操作步骤打开随书光盘part源文件所在的文件夹：Book_CDPartPart_CAE_UnfinishCh13_ThermalStressBoard.prt，调出如图所示的主模型。。（1）创建有限元模型1）依次左键单击【开始】和【高级仿真】

5、命令，在【仿真导航器】窗口的分级树中单击【Board.prt】节点，右键弹出菜单并单击出现的【新建FEM】选项，并进行相关操作，如图所示，单击【确定】按钮即可进入了创建有限元模型的环境；编辑FEM对话框分析类型选择为热单击确定2）新建PCB与SiC材料;a)创建PCB材料：单击工具栏中的【材料属性】图标右侧黑色的倒三角，弹出【指派材料】对话框；在图形窗口的【选择体】中选中电路板的板实体模型，在【材料列表】中选择【本地材料】图标，单击【新建材料】，【类型】中选择【各向同性】，单击【创建】图标；定义PCB材料的力学性能定义PCB材料的热学性能b)创建SiC材料材料按照上述方法，在【选择体】中选中电

6、路板上15个发热元件实体模型，在【材料列表】中选择【本地材料】图标，单击【新建材料】，如图所示；定义SiC材料的力学性能定义SiC材料的热学性能3）创建物理属性单击工具栏中的【物理属性】图标，弹出【物理属性表管理器】对话框，如图所示，依次定义PCB材料、SiC材料的物理属性定义PCB材料的物理属性定义SiC材料的物理属性4）创建网格收集器单击工具栏中的【网格捕集器】图标，弹出【网格捕集器】对话框；如图所示，依次定义PCB材料、SiC材料的网格属性定义PCB材料的网格收集器定义SiC材料的网格收集器5）网格划分；a)PCB材料网格划分单击工具栏中的【3D四面体网格】图标右侧的黑色倒三角，在下拉菜

7、单中单击【3D扫掠网格】的图标，出现如图所示的对话框；单击该命令源面设置相关参数选择高亮显示部分作为源面b)SiC材料网格划分按照上述方法进行相同操作；在【要进行网格划分的对象】的窗口中选择电路板15个元件的上表面作为【选择源面】；设置相关参数单击确定选择高亮显示部分作为源面c)网格划分结果示意图电路板的FEM模型及网格划分结果单击工具栏中的【单元】图标，弹出【模型检查】对话框，如图所示;（2）模