ansys應力腐蝕案例的案例
【CAE案例】應力腐蝕開裂（SCC）的有限元仿真
01
研究背景
應力腐蝕開裂是指金屬在氧化腐蝕和應力的共同作用下導致晶體結構變化從而引起的開裂現象。
核電廠一回路中的金屬器件會受到放射性輻照，輻照損傷導致的晶體結構變化使應力腐蝕開裂現象更容易發生。
圖1 晶間應力腐蝕開裂的電鏡掃描顯示結果
基于晶體微觀結構的建模和斷裂力學有限元仿真可以對應力腐蝕開裂的過程進行可視化的模擬。利用有限元仿真，可以進一步提高我們對應力腐蝕開裂的理解，并且通過有限元仿真的方式可以對應力腐蝕開裂的產生進行相應的預測，為核電廠一回路的金屬元器件正常運行提供相應的保障。
本案例基于有限元斷裂力學仿真，對應力腐蝕開裂的生成過程進行相應的仿真。
02
仿真方案
在晶體微觀結構建模上，本案例利用10節點四面體單元對晶粒結構進行相應建模，模擬實際的晶體結構。如下圖所示，整個正方體結構代表研究樣品的一個微小樣本，每個彩色的不規則結構代表一個晶粒。整個所研究的材料樣本的有限元網格中包含172個晶粒、52000個節點，35000個10節點四面體單元。平均每個晶粒中包含210個單元。
展開 Ansys 案例研究 | 瞬態熱力耦合分析—PCB 組件上的熱應力生成
過高的溫度或頻繁的溫度波動會引發材料老化、信號失真，并因材料間熱膨脹系數不匹配而產生熱應力，最終導致焊點開裂、器件失效等故障。因此，評估 PCB 可靠性必須進行瞬態熱力耦合分析，即先分析動態溫度場，再計算由此產生的熱應力。
目標
通過高保真建模仿真，系統觀察并量化印刷電路板（PCB）上關鍵元器件在瞬態熱載荷作用下的力學響應與應力表現。
方法闡述
本研究采用瞬態熱-力順序耦合仿真方法。首先，基于元件的真實功耗曲線與環境邊界條件，進行高精度瞬態熱分析，獲取從啟動、負載變動到穩態的全過程溫度場時序數據。隨后，將該瞬態溫度場作為體載荷映射至結構模型，通過有限元分析求解其引發的熱應力與應變場。
仿真步驟
1.打開 ANSYS Workbench，創建“瞬態熱力學系統（Transient Thermal System）”。
2.關聯結構分析，將“瞬態結構系統（Transient Structural System）”拖拽至瞬態熱力學系統的求解（Solution）單元格上，實現兩個分析系統間四個單元的共享。
3.定義部件的材料屬性，此處示例使用的是鋼，實際應用中應需根據真實材料設置參數。
4.導入模型，其效果如圖所示。
5.分配材料至幾何體。
6.在模型上施加相關的熱邊界條件，如圖 2 所示。
7.求解該模型，然后將本次分析結束時刻或每個時間步的溫度作為初始體溫度輸入到瞬態結構分析中（如圖 3 所示）。用戶可以從瞬態熱分析的溫度圖表中復制并粘貼源時間（Source Time）和分析時間（Analysis Time）的數據。
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