多錨桿連接的案例
6/17 全方位高頻連接器多物理仿真設計
為了處理大量的數據傳輸，高速信號在高頻連接器產業應用越來越受重視。 然而，應用于高速信號上的連接器為寬帶的被動組件，在技術上比傳統連接器的難度更高。 因此，在連接器的設計與開發上，須引入新的觀念與分析技術。例如，特性阻抗、傳輸線理論、材料參數與微波工程等。而這些電磁特性都可通過仿真的方式來協助設計者加快設計流程與減少開發成本。在5G時代，高頻連接器一直是研發設計的關鍵，如何通過仿真加快開發已成為廠商的設計重點。本講題將提供全方位Ansys 連接器的解決方案，包含快速建模修模、參數提取與多物理場仿真都會有詳細的分享與討論。
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多芯連接器焊接處溫度循環仿真分析
1 簡述
多芯連接器是一種在電氣終端之間提供連接與分離功能的元件，軍事、航空航天領域等廣泛應用的微波組件，數字電路部分經常通過微矩形多芯連接器來實現與外部控制連接，用于微波電路的饋電與控制。多芯連接器是將多個插針按照一定的排列結構通過玻璃燒結的方式與金屬外殼進行集成，相對傳統絕緣子連接器來說，在單位面積內可集成的插針數更多，因此具有互聯密度高和安裝體積小等特點。
多芯連接器有螺釘安裝式和焊接式兩種，其中焊接式多芯連接器可最大限度地提高輸入輸出端子的密度，同時焊接式多芯連接器可實現產品封裝盒體內的氣密性，對于保證軍用產品的可靠性具有重要意義。然而在實際生產中，由于多芯連接器選型不當以及焊接工藝等問題，其與盒體之間的氣密性難以得到有效保障，主要體現在：
1）焊接時不同材料之間熱膨脹系數（CTE）不匹配，導致焊接后焊縫質量不高，局部受殘余應力而難以氣密；
2）多芯連接器焊接完成后微波組件需要進行激光封焊封蓋，而后道激光封焊的熱影響區會導致前道電裝的多芯連接器焊縫處受熱應力而開裂；
3）即便各個工序工藝參數合理，但部分微波組件由于其使用環境惡劣，高低溫沖擊、隨機振動和機械沖擊等載荷不可避免，尤其是高低溫交變溫度載荷導致連接器焊縫處的焊料受周期性拉、壓應力，隨著蠕變應變的累積最終發生開裂。
圖1 焊縫開裂失效
本文針對第3）種情況下多芯連接器焊接后受交變溫度載荷時的焊環形變與受力狀態進行建模仿真分析，旨在比較不同材料體系、不同連接器結構下焊接工藝的可靠性。
2 產品及模型信息
2.1 連接器信息
對于有散熱要求的微波組件，其微波腔體通常采用鋁合金材料。
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輕量化白車身及多材料連接技術的發展
3 車身多材料連接技術
四個白車身發展階段，每個階段都有與之相應的多材料連接技術，表4列舉了不同的白車身發展階段與之對應的多材料連接技術與主要應用部位。
針對四個階段輕量化白車身的用材，圖5共歸納了目前最流行的9種白車身多材料連接技術。
根據奧迪車身發展的四個階段，所對應的四個多材料連接技術發展階段如下：
第一階段應用的連接技術主要是無鉚連接和鎖鉚連接（SPR）。無鉚連接適合于不同金屬材料及不同厚度連接，過程簡單，一步完成且不需要預先打孔，能耗低，但連接強度略低。鎖鉚連接（SPR）具有很高的動態疲勞強度（約為焊點的2倍），碰撞吸收的能量較焊點高，鉚接材料組合廣泛，不過鉚釘增加了車身自重。
第二階段應用的連接技術主要是自攻螺絲（FDS）、激光焊接和鉚接螺母螺柱。自攻螺絲（FDS）機械強度高，動態連接強度高，單面連接，可與折邊膠結合使用，拆卸更換螺絲方便；劣勢是防腐蝕能力降低，增加了車身自重，可能會產生金屬飛屑誤傷工人。激光焊接速度快，焊點排布方式更靈活，焊點寬深比大，變形小；缺點是異種材料不可直接焊接，需焊部位務必非常精確，需在激光束的聚焦范圍內。鉚接螺母螺柱可集成在沖壓模具中，減少工序，靜態和動態載荷高，對涂層無損傷，適用板材范圍廣，鉚點可以防液、防氣，防止腐蝕，成品也容易檢驗；劣勢是一次性投資大，連接高強度鋼板時需預先開孔，工藝繁瑣。
第三階段應用的連接技術主要是MIG焊和鋁合金點焊。MIG焊主要應用在A柱、B柱、頂蓋橫梁、消聲器和減振塔等部位，優點是擁有更優的保護氣氛、焊絲無焊渣，可焊接鋁合金，但成本較高，操作難度大，細微缺陷都會造成嚴重的不良率。
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2025大賽優秀作品 | 基于多物理場仿真技術的高速動車用功率器件主端子連接結構設計與評價
作品名稱：基于多物理場仿真技術的高速動車用功率器件主端子連接結構設計與評價
作者： 曾祥浩 | 中車株洲電力機車研究所有限公司 仿真高級工程師
關鍵詞：高速動車 ，IGBT，多物理場仿真，Ansys
作者說
Ansys人機交互友好，界面簡潔，使用邏輯符合仿真一般流程。同時，Ansys包含多個功能模塊，能夠支持機電熱磁多物理場仿真，功能強大，是仿真融入正向研發，指導故障分析的重要幫手。
為了提高高速動車服役環境下功率器件主端子連接結構的服役可靠性，本文通過有限元分析對IGBT器件主端子結構焊層的疲勞可靠性進行研究，并且運用不同的理論預測焊層疲勞壽命并通過功率循環試驗進行了驗證。結果表明，隨著主端子焊層孔洞率的增加，循環周次會降低，但影響并不明顯。隨著主端子焊層厚度逐漸增加，循環周次呈現出先增加后減少的變化規律。在功率循環過程中，主端子結構焊層的退化表現為灰色含Sn相的粗化，采用基于能量的Darveaux模型進行分析更加符合功率器件主端子結構焊層的退化過程。故在主端子結構中，影響其服役壽命的主要因素為焊層厚度。
挑戰/需求
IGBT廣泛應用于軌道交通等高可靠性領域，其封裝熱應力引發的失效多發生在連接部位。本文針對高速動車IGBT真實工況，基于Ansys工具，采用多物理場仿真研究主端子連接結構可靠性，重點分析連接層孔洞與厚度的影響，并通過功率循環試驗驗證結果。
使用工具：Ansys Workbench, Ansys Mechanical
最終成果
基于Ansys 軟件，采用子模型與生死單元技術，對IGBT器件在功率循環工況下進行多物理場仿真，并通過相關理論評價關鍵結構可靠性。
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