ansys熱仿真接觸熱阻
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
ansys熱仿真接觸熱阻的視頻教程
輪軌滾動接觸應力仿真分析全流程 ABAQUS、ANSYS、Hypermesh、SolidWorks聯合仿真
利用ABAQUS與ANSYS軟件建立輪軌的接觸模型：網格模型導入、定義輪軌接觸、添加約束和載荷，進行靜力學分析和動力學分析、對計算結果進行查看，提取應力數據（接觸應力、接觸斑、Mises應力、周向/軸向切應力）。 本視頻講解的較為細致，尤其適合鐵路輪軌接觸分析及ABAQUS、ANSYS、Hypermesh、SolidWorks聯合仿真的初學者，視頻時長充足。
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Ansys Maxwell交流接觸器合閘-開閘有限元仿真
交流接觸器原理講解 2. 模型運動域設置 3. 外電路參數與有限元參數耦合設置 4. 彈簧反力仿真設置 5. 不同相位、電壓幅值、頻率仿真分析 6. 交流接觸器合閘、開閘全過程仿真 7. 位移、速度、電磁力、彈簧力等后處理結果的提取
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ansys熱仿真接觸熱阻的實例教程
FloEFD熱仿真分析之模型簡化（三）-接觸熱阻
CAE白堤
接觸熱阻
任意兩物體接觸在一起，在其接觸面處存在一定的空氣間隙，由此產生的熱阻為接觸熱阻。如圖所示，接觸面間的凹凸不平，使得有效傳熱面積降低。而且，由于間隙狹小，空氣不能形成有效流動，熱量透過這些間隙只能通過熱傳導的形式。空氣導熱系數是鋁的萬分之一左右，因此，剛性面接觸不嚴所致的接觸熱阻是熱量導出的關鍵控制。當有大的熱流通過這些接觸面時，會在接觸面的兩側形成較大的溫度梯度。
接觸熱阻的影響因素
l 接觸表面的數量、形狀、大小及分布規律
l 接觸表面的幾何形狀（波紋度和粗糙度）
l 非接觸間隙的平均厚度
l 間隙中介質種類（真空、液體、氣體）
l 接觸表面的硬度
l 接觸表面壓力大小
l 接觸表面的氧化程度和清潔度
l 接觸材料的導熱系數
改善接觸熱阻措施
電子設備中元器件與散熱器之間、元器件與外殼之間、PCB與散熱器之間等等，雖然通過以上的8個方面一定程度上能改善接觸熱阻。但目前比較通用的方法是采用導熱界面材料來填充，將氣體擠出接觸面，從而降低接觸熱阻值。
熱阻簡化
對某仿真問題，如果已經指定了要進行固體導熱計算，則可以再固體與固體或固體與流體接觸面設置接觸熱阻，可通過輸入接觸熱阻或者輸入接觸層厚度及接觸層的材料屬性來設定。
文章作者：白堤，碩士，有限元設計圈主編，就職于國內某知名企業，主要從事熱設計仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個學習者。希望通過微信公眾號拋磚引玉，結交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠矣，我將上下而求索。
展開 SIP系統級封裝
Stacked Die堆棧封裝示意圖
眾所周知，當電流流經導體時，必然會生成焦耳熱，熱量的不平均勢必引起導體的熱變形等不良現象，那么對于高度集成的芯片封裝，在其工作時，芯片內部的熱耗勢必急劇增大，進而導致芯片內部溫度升高，因此在芯片封裝的研發過程中，芯片封裝的過熱問題必須得到良好的控制。
焦耳熱引起的導體溫升及熱變形
某芯片內部的電流云圖、某芯片的溫度云圖分布
正如華為總裁任正非2018年接受記者采訪時講到“我們把芯片疊起來，但最大的問題是要把兩個芯片中間的熱量散出來，這也是尖端技術，所以說，熱學將是電子工業中最尖端的科學，這方面我們的研究也是領先的，就是太抽象了”，那么在芯片封裝的研發過程中，工程師可以使用ANSYS Icepak對芯片封裝內部的熱流場進行CAE仿真計算，也可以和ANSYS其他模塊一起，進行芯片封裝的多物理場耦合模擬計算，以便調控熱流傳遞路徑，更好地降低芯片Die的溫度，提高其熱可靠性。下圖為某芯片內部的熱流密度及溫度云圖，可以看出，芯片內部的溫度極其不均勻。
ANSYS Icepak作為一款優異的電子熱仿真軟件，可以對芯片封裝的各個尺度進行熱流仿真計算，小到芯片內部0.25μm的溝道，大到cm厘米級別的封裝、芯片，都可以對其進行有效精確的熱流仿真計算。當前，在芯片封裝的CAE熱流計算中，主要是計算了芯片封裝放置于JEDEC（美國聯合電子設備工程協會）標準機箱內自然冷卻、強迫對流情況下的熱阻數值。芯片封裝內的銅箔布線和過孔，是芯片熱流最重要的傳熱路徑，因此在對芯片進行詳細的熱流計算時，務必導入其布線過孔信息，以提高熱仿真計算的精度。
展開 問題描述：多層復合壁的導熱問題，不同接觸熱阻下的接觸面溫度的對比
分析類型：穩態熱分析
分析平臺：ANSYS Workbench 17.0
分析人：技術鄰 一無所有就是打拼的理由
業務咨詢網址：http://www.yqgqt.org.cn/b/218
一、傳熱基本知識：
熱傳導熱量傳輸速率方程就是傅里葉定律。傅里葉一般規律：導熱的熱流密度大小與該處的溫度梯度成正比，其方向與溫度梯度的方向相反，指向溫度降低的方向，數學表達式為：
熱流密度矢量的表達式為：
不同坐標系下的導熱微分方程：
直角坐標系：
圓柱坐標系：
球坐標系：
導熱微分方程式描寫物體的溫度隨時間和空間變化的關系；它沒有涉及具體、特定的導熱過程，是通用表達式。在不同情況下，均可簡化為不同形式。
二、多層復合壁導熱示意圖：
接觸熱阻：當一固體與另一熱固體接觸以接受熱量時，由于固體表面都有一定的粗糙度，所以無法避免在接觸面之間存有空氣。甚至液體和金屬表面接觸，在凹陷的地方也可能存有極少量的空氣泡排不出去。由于這些空氣的存在而產生的熱阻稱為接觸熱阻。
多層復合壁模型：
從左往右三層的材料分別為銅，鋁，鋼，厚度分別為10mm，15mm，5mm，模型如下：
接觸熱阻為100000時溫度場分布及溫度變化云圖如下：
當接觸熱阻為1000時，銅與鋁交界面的溫度為99.207攝氏度，鋁與鋼交界面的溫度為64.407攝氏度；當接觸熱阻為1000000時，銅與鋁交界面的溫度為91.424攝氏度，鋁與鋼交界面的溫度為58.766攝氏度。從結果可以看出，接觸熱阻對多層復合壁導熱的影響較為明顯。
展開 目前開展的建模方式中，大多采用“集總參數法”對元器件進行簡化建模，該方法簡單快速；另一種方式是建立器件的雙熱阻模型，但需要準確獲知器件的熱阻值，那兩種方法對于板級仿真準確性如何呢？
基于此，本案例對比分析了集總參數法與雙熱阻模型的仿真應用，并開展了溫度實測，討論了不同建模方法與實測值的符合性。
2、芯片散熱相關理論簡介
2.1 芯片的散熱方式
一般而言封裝芯片的散熱方式也包含了上述三種熱傳遞形式，即熱傳導、熱對流和熱輻射三種方式。元器件主要散熱形式和具體的熱設計措施有關，不存在通用的規律。如下圖所示，為典型封裝芯片的傳熱路徑。
圖1.典型器件散熱形式
2.2 熱阻理論及元器件建模方法
1、集總參數法
集總參數法：即設置物體內部單一導熱率、認為物體溫度均勻一致的近似分析方法。該方法簡單、易操作、所需信息少；該方法適用于一般元件，例如電阻、電感等，而對于器件由于封裝內部結構、材料不同，導致封裝不同方向導熱率會有較大差異，采用集總參數法建模，則仿真誤差可能相對較大，后續會做具體對比分析。
圖2.集總參數法
2、 雙熱阻模型
對于典型芯片封裝而言，主要的封裝熱阻包括 Die 結到環境（Junction-to-Ambient）的熱阻 Rja，結到殼（Junction-to-Case）的熱阻 Rjc和結到板（Junction-to-Board）的熱阻 Rjb。
展開 ANSYS接觸摩擦熱分析
例子來源于ANSYS幫助文檔。
分析兩接觸面的摩擦熱，模型如圖1所示。上面的摩擦面一直滑動，與下接觸面摩擦產生熱。分析時采用直接耦合的方法，采用plane13單元，屬于2D耦合場單元，接觸面的目標面采用TARGET169，接觸面采用CONTA171。分析時采用瞬態分析步完成。
圖1
材料、幾何尺寸與載荷約束如圖2所示。
圖2
建模時創建兩個blocks，上面的稱為sliding block，sliding block的下表明為CONTACT AREA，下面的為fixed block，fixed block的上表面為TARGET AREA。
第一個載荷步，sliding block在10MPa的壓力作用下沿著fixed block的上表面滑動3.75mm的距離。滑動過程中產生熱源，并且被兩個block吸收。
定義block單元
ET,1,PLANE13,4 !后面的4表示KOP1系數為4，代表自由度為UX, UY, TEMP
其他過程為定義材料屬性和建模以及定義接觸屬性。
展開 
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從智能手機的熱交互、緊湊外殼內的高功率電路板散熱，到極端天氣下的工業設備耐候性等復雜現實場景，通過熱仿真技術，工程師能夠精準預測設計在不同溫度場景下的行為，深刻理解熱能如何影響產品的效率、可靠性與安全性，從而在研發早期快速調整設計方案，實現產品的最佳性能表現。
Ansys應用類系列網絡研討會——熱仿真系列專題已上線，將重點介紹 Ansys 多款求解器矩陣在電子散熱、電熱耦合及復雜熱管理問題中的實際應用
形狀記憶合金（SMA）能夠在發生大變形后不產生殘余應變（偽彈性），并且可以通過溫度變化從大變形中恢復（形狀記憶效應）。偽彈性和形狀記憶效應使其特別適用于航空航天、生物醫學和結構工程等領域。本仿真模擬了將形狀記憶合金用作脊柱間隔器的過程。
目標
熟悉形狀記憶合金
理解考慮熱效應的形狀記憶合金建模流程
建模步驟
1. 在 ANSYS Workbench 中創建靜力結構系統
太陽能電池板將太陽能轉化為電能，并可儲存起來。將多塊太陽能電池板排列成陣列，并隨太陽光線方向改變朝向，有助于最大限度地吸收可用的太陽能。
在仿真案例中，將一個簡單的球體放置在典型的硅材料太陽能電池板上方，指示了穩態下到達板面的熱流密度以及表面的溫度分布。這里不考慮電池板表面的自由對流，僅研究輻射效應。
目標
觀察由于一個發熱物體的輻射作用，太陽能電池板上的熱流密度和溫度分布。
AnsysWB-回形針接觸仿真4個月前
[圖片]
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微電子元件是冷卻系統中的一個關鍵鏈路。由于反復接通和斷開電源，微電子元件受
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到熱循環的作用，因此，焊點處出現裂紋，斷開了芯片與印刷電路板的連接，從而導
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表面貼裝制造被廣泛用于組裝片式電阻封裝，能夠將電子元件直接貼裝在印刷電路板（PCB）的表面。對更小的手持設備不斷增長的需求促使片式電阻器尺寸更小，這反過來又引發了對焊點熱疲勞壽命以及故障發生情況的擔憂。
表面貼片電阻會受到熱循環的影響。材料之間的熱膨脹差異會在結構上產生熱應力，
連接電阻與印刷電路板的焊料被視為裝配中最薄弱的環節，由于工作溫度高于焊料的
熔點，因此會產生稱為蠕變的變形
在該示例中，多股導線通過一種稱為壓接的機械變形工藝與電氣端子（連接器）連接在一起。連接器的U形部分（握持部分）由一個堅硬的沖頭折疊環繞在導線上，形成一個B形壓接，從而在導線與電氣端子之間實現連接。
由于這種模型的復雜性，通過基于對偶的接觸方法來定義所有可能的接觸面將是一項困難且耗時的任務。通過使用通用接觸方法，接觸面會自動創建。只有有限數量的接觸面需要指定非默認的接觸屬性
攪拌摩擦焊（FSW）是一種固態焊接技術，用于金屬的連接，無需填充材料。一個圓柱形旋轉工具插入牢固夾緊的工件中，并沿著待焊縫移動。隨著工具沿焊縫移動，工具肩部與工件之間的摩擦產生熱量。工件材料的塑性變形也會產生額外的熱量。產生的熱量使工件材料熱軟化。工具的移動使軟化的工件材料從前部流向工具后部并在此處凝固。隨著冷卻，兩塊板之間形成一個連續的固體焊縫。整個過程中不會發生熔化，產生的溫度始終低于所連接金屬的固相線溫度
絕緣柵雙極性晶體管模塊（IGBT模塊）因其能夠承受高電壓、導通強電流，同時快速切換兩種模式，成為大功率系統的熱門選擇。
該模塊由多個安裝在銅底板頂部的IGBT芯片組成，底部配有散熱器。在模塊中，電流因電阻損耗而產生熱量，這也被稱為焦耳熱。雖然散熱器以相對恒定的速率散熱，但模塊的開關以及隨后電流密度和熱源的增減會導致模塊以循環的方式加熱和冷卻。這種反復的熱膨脹和機械變形會導致機械疲勞[1]，
用于仿真的幾何形狀包含一個單元的耦合組件，以及一段連接到電源的
槽間母線板。它由陽極頂部和四個中心柱組成，柱上固定著銅棒和銅條。
施加直流電流及溫度，以及對流散熱等邊界條件。
