Ansys仿真循環載荷
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
Ansys仿真循環載荷的實例教程
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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致故障。
</div><p>本例基于 “非線性結構材料模塊”中的模型 “黏塑性焊點”。</p><p><br></p><figure style="text-align: center;" class="ql-align-center">
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<img src="https://img.jishulink.com/202512/attachment/cfacfaa56fd948108d043c368bd3c241.png" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202512/attachment/cfacfaa56fd948108d043c368bd3c241.png?
展開 本文的主要目的就是展示在ANSYS中循環加載是如何實現的。
計算結果
橡膠塊循環拉伸變形結果（可以看到有四次循環變形）
本文以一個正方形橡膠塊為例說明，橡膠塊如圖約束（約束XY面節點Z自由度，約束XZ面節點Y自由度，約束YZ面節點X自由度）,在側面施加循環載荷。
計算模型示意圖
循環載荷施加正弦形狀的位移載荷，分為4個正弦周期，四個正弦周期載荷幅值分別為0.1，0.2，0.3，0.4，4個周期加載過后，橡膠內部積累的應力釋放。具體定義分為幾個步驟：
步驟一：首先定義4個周期載荷幅值向量。
*DIM,AMPL,ARRAY,4 ! Amplitude Vector Definition
AMPL(1)=0.01
AMPL(2)=0.02
AMPL(3)=0.03
AMPL(4)=0.04
步驟二：定義離散時間加載點
*DIM,SOLTIME,ARRAY,161 ! Time Vector Definition
SOLTIME(1)=0.0
*DO,I,2,161,1
SOLTIME(I)=SOLTIME(I-1)+0.1
*ENDDO
步驟三：計算每個時間點下的位移激勵大小,也就是正弦曲線上的y值大小。
*DIM,BC_X,ARRAY,161 !
展開 然后在create interaction中設置初始載荷步允許裂紋擴展
圖5.1 定義裂紋富集域
圖5.1 允許裂紋擴展
定義其他接觸條件：一般定義硬接觸就可以了，在contact property > mechanical > normal behavior >Hard Contact,對于受壓縮載荷的情況這里會有所不同，要考慮到裂紋閉合效應，需要定義其他的接觸準則。
（6） 定義載荷步：這里要做的是疲勞裂紋擴展，在載荷步的定義問題上網上存在一些分歧，有人認為裂紋擴展是準靜態過程，應該定義通用靜態載荷步，然后在載荷模塊使用循環載荷；還有人認為裂紋擴展是受交變載荷的疲勞過程，應該采用專門的direct cyclic分析步。筆者同意后者的觀點，因為前面那種我沒做出來。
圖6.1 direct cyclic載荷步及其參數設置
數據說明：
basic頁面定義的1為載荷步的總時間，但在隱式求解中它并不是真實意義上的時間，這個不用改；
incrementation 頁面定義的是增量步的相關信息，將一個載荷步離散為多個增量步進行迭代求解，可以選用自動增量步或者固定增量步，最大總增量步（10000）和增量步大小（0.01）是兩種離散的方法，實際的增量步為min（總時間除以增量步大小，最大總增量步），根據你的要求進行設置，看你是想獲得準確的增量步還是增量步數。最大迭代次數（1000），顧名思義是迭代次數的上限，在解非線性方程組時采用的迭代求解方法，如果第m步迭代不收斂，第m+1步將上一步的增量步減半再次求解，否則乘以1.5再次求解，直到求解總時間達到1，在monitor可以清楚的看到這一過程。20,25,5是傅里葉級數的項數，與求解器有關，我也不是很清楚。
展開 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。
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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
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本文的主要目的就是展示在ANSYS中循環加載是如何實現的。
計算結果
橡膠塊循環拉伸變形結果（可以看到有四次循環變形）
本文以一個正方形橡膠塊為例說明
第二部分、基于XFEM_paris模型的裂紋擴展仿真分析
相比于靜態裂紋參數計算問題，裂紋擴展仿真在學術和工程領域更為人們所關注，常用的方法有網格重劃分技術、邊界元法、無網格方法和XFEM，其中，XFEM通過引入水平集法和單位分解等思想實現了實體與裂紋相互獨立，在裂紋擴展的過程中不需要更新網格，提高了計算效率。ABAQUS中集成的XFEM裂紋擴展仿真可以根據使用的模型分為三類：基于損傷力學內聚力模型
