裝配體熱應(yīng)力ansys的案例
裝配體熱應(yīng)力仿真分析建模的技巧與竅門
準(zhǔn)確預(yù)測由不同材料構(gòu)成組件中的熱應(yīng)力是一個具有挑戰(zhàn)性的分析問題。熱致應(yīng)力由溫度梯度、支撐以及當(dāng)連接材料具有不同熱膨脹系數(shù)（CTE）時產(chǎn)生。對于CTE不匹配的情況，即使溫度均勻，也會導(dǎo)致熱應(yīng)變的差異，從而引發(fā)機械應(yīng)變和應(yīng)力。針對這些連接的建模假設(shè)會對局部應(yīng)力產(chǎn)生重大影響。在對這類組件進(jìn)行建模之前，仿真工程師必須回答的第一個問題是：是什么使部件保持在一起？是通過膠粘劑、焊接等形成的實際粘結(jié)，還是螺栓或彈簧提供的機械支撐？連接是否可以被假定為粘結(jié)，或者這是一個組件的裝配，其中各個部件可以自由滑動或分離？
從有限元分析（FEA）的角度來看，建模設(shè)置可以是貫穿式網(wǎng)格、粘結(jié)、無分離或摩擦接觸。這些不同的建模過程中的每一種在應(yīng)力報告的準(zhǔn)確性和數(shù)值收斂性方面都會帶來數(shù)值方面的挑戰(zhàn)。膠粘劑或焊接材料的建模可能會被包含在模擬中，當(dāng)這些連接件被忽略時，簡化的假設(shè)可能會產(chǎn)生數(shù)值誘導(dǎo)的應(yīng)力奇異。
為了更好地理解這些假設(shè)，本文提供了一系列對比連接模擬的結(jié)果，以幫助量化它們對界面材料應(yīng)力的相對影響。圖1展示了一個由多種具有不同熱膨脹系數(shù)的材料組成的螺栓法蘭連接的1/2對稱截面。該幾何形狀包括一層薄薄的軟材料和一層熱膨脹系數(shù)是與之配合的鋁制蓋板的2.5倍的熱不匹配材料。對于需要機械抵抗分離的特定情況，加載條件包括260攝氏度的均勻溫度和500磅的螺栓預(yù)緊力。
圖1不同熱膨脹系數(shù)的法蘭連接裝配體
貫穿式網(wǎng)格被用于定義與軟層的頂部和底部界面。這種軟界面層的熱不匹配會引起機械應(yīng)變，但由于該材料的低剛度，不會產(chǎn)生顯著的應(yīng)力。螺栓頭和螺母與兩個鋁制部件粘結(jié)在一起，這也會引起局部應(yīng)力集中，但在本研究中被忽略。這些模擬中的研究區(qū)域是熱不匹配材料與下部鋁制蓋板之間的界面，如圖1所示。
表1總結(jié)了九種不同的模擬，比較了作為該界面建模函數(shù)的名義應(yīng)力和峰值應(yīng)力。
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