熱應力
關注創(chuàng)建者：未完丶待續(xù) 創(chuàng)建時間：2017-02-20
熱應力的視頻教程
Workbench熱分析及溫度應力（熱應力）仿真分析
本教程從幾何建模、網(wǎng)格劃分（mesh）到物理參數(shù)設置、求解到后處理進行詳細講解，耦合了穩(wěn)態(tài)熱分析，瞬態(tài)熱分析以及瞬態(tài)結構分析的多物理場仿真模型，使學習者掌握多物理環(huán)境的熱應力分析的整個流程； 本教程結合相關CAE工程師在工程實踐中案例講解，結合了熱應力的產(chǎn)生的原因以及介紹了溫度應力的產(chǎn)生條件；貼合實際應用，可作為初學者掌握熱應力仿真分析的基礎和入門教程； 本教程基于ansys workbench19.0
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基于ABAQUS的剎車盤熱應力（熱—機耦合）分析
第三章 剎車盤熱應力（熱—機耦合）分析 ? ? ? ?本章的案例為實際剎車盤熱應力分析案例，不同于第一、二章所演示的案例模型。 ? ? ? ?本章詳細講解剎車盤與剎車片由于壓力和摩擦產(chǎn)生的熱應力（熱—機耦合）分析，每一步操作都有詳細講解，且對ABAQUS中的其他相關操作也會部分涉及，最后對結果進行評判分析。
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Abaqus熱傳遞與熱應力(理論及實操)
課程內(nèi)容： --------------------------------------- 第一章-熱傳遞基本概念 第二章-材料熱傳性質與元素 第三章-熱傳遞分析步 實例演練(一)-平板焠火熱傳分析 第四章-熱傳遞邊界條件 第五章-面與面熱傳交互關係 第六章-熱傳遞相關輸出 第七章-熱應力分析 第八章-順序耦合熱應力分析 實例演練(二)-平板焠火順序耦合分析 第九章-全耦合熱應力分析
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熱應力的實例教程
優(yōu)化設計的結構為封裝基板及熱接觸材料。通過改變其厚度進行熱分析與熱應力分析，得到不同模型下的溫度場及熱應力。模型建立過程與前述相同，在此不再闡述。
3.1 封裝基體的厚度對熱應力的影響
圖12為不同封裝基板厚度模型下計算得到的最高溫度及最大熱應力。從圖12可以看出，當封裝基板的厚度為1.1mm時，該封裝體在運行時的溫度最低，熱應力峰值最小，因此選擇封裝基板厚度為1.1mm更為合理。值得說明的是，不同封裝基板厚度下的最大熱應力均產(chǎn)生在芯片與封裝基板連接處的熱點焊位置，如圖13所示。
圖12 不同封裝基板厚度模型下的最高溫度及最大熱應力
圖13 不同封裝基板厚度模型下的最大熱應力位置
3.2散熱罩的厚度對對熱應力的影響
圖14為不同散熱罩厚度下的MCM-BGA封裝體上的溫度及熱應力結果。在進行分析時，設定封裝基板的厚度統(tǒng)一為1.1mm。可以看出，隨著散熱罩的厚度增加，封裝體運行時的最高溫度及熱應力的峰值不斷降低。散熱罩的厚度每增加1mm，封裝體的溫度下將約1℃左右。這是由于散熱罩的厚度增大，冷卻通道的表面積增大，使得封裝體散熱罩的散熱效果增加，因而封裝體運行時的最大溫度降低，熱應力也相應的降低。在實際設計過程中，因充分考慮散熱罩厚度增加造成的重量增加及芯片運行溫度的要求對散熱罩的厚度進行選擇。在本案例中選取散熱罩厚度為2.2mm時為最合理的方案。
展開 1、一個金屬懸臂梁，一端固支，初始溫度20℃，溫度突變到120℃時由于膨脹及邊界約束而產(chǎn)生熱應力，進而引起振動，這種振動就是熱誘導振動。
2、熱誘導振動分析的成功應用不多見，在哈勃太空望遠鏡曾因熱誘導振動問題而發(fā)生故障。現(xiàn)在對航天器的分析中，熱誘導振動屬于難點和重點。國內(nèi)曾有人對衛(wèi)星天線做過準靜態(tài)熱誘導振動分析，也有人對空間站太陽能電池陣的桅桿做過基于模態(tài)的熱誘導振動分析（可能類似Abaqus中的線性攝動分析）。
3、熱應力分析與熱誘導振動分析進行耦合分析，還有難度，問題是多方面的。下面僅就準靜態(tài)非耦合的熱誘導振動分析為例，介紹由熱應力引起的振動。
4、懸臂梁材料屬性：
Conductity: 300W/(mK)
Density: 3000kg/m3
Elastic: E=3e10Pa, ν=0.3
Expansion: 3e-5 K-1
Specific Heat: 300J/(kgK)
5、分析結果
6、詳細步驟
見附件。
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part4.rar
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part1.rar
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part2.rar
Abaqus熱應力分析、熱誘導振動分析簡單實例-kxh.part3.rar
展開 1、一個金屬懸臂梁，一端固支，初始溫度20℃，溫度突變到120℃時由于膨脹及邊界約束而產(chǎn)生熱應力，進而引起振動，這種振動就是熱誘導振動。
2、熱誘導振動分析的成功應用不多見，在哈勃太空望遠鏡曾因熱誘導振動問題而發(fā)生故障。現(xiàn)在對航天器的分析中，熱誘導振動屬于難點和重點。國內(nèi)曾有人對衛(wèi)星天線做過準靜態(tài)熱誘導振動分析，也有人對空間站太陽能電池陣的桅桿做過基于模態(tài)的熱誘導振動分析（可能類似Abaqus中的線性攝動分析）。
3、熱應力分析與熱誘導振動分析進行耦合分析，還有難度，問題是多方面的。下面僅就準靜態(tài)非耦合的熱誘導振動分析為例，介紹由熱應力引起的振動。
4、懸臂梁材料屬性：
Conductity: 300W/(mK)
Density: 3000kg/m3
Elastic: E=3e10Pa, ν=0.3
Expansion: 3e-5 K-1
Specific Heat: 300J/(kgK)
詳細步驟
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展開 四大核心培訓模塊全面覆蓋熱應力分析全場景，配套原創(chuàng)課件與實戰(zhàn)案例庫。Ansys通用分析模塊聚焦基礎能力夯實，通過100+機械零件、電子元件案例，詳解有限元建模、網(wǎng)格質量檢查、熱載荷施加等核心操作，為后續(xù)學習筑牢基礎（培訓鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/training/details/ansys）；Fluent模塊專攻流-熱-固耦合分析，針對電池包液冷系統(tǒng)、發(fā)動機散熱通道等場景，通過20+復雜工況案例，教授流場與熱場的耦合設置技巧（鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/training/details/fluent）；LSDYNA模塊聚焦瞬態(tài)沖擊熱應力問題，結合15+實戰(zhàn)項目（如汽車保險杠碰撞熱應力、電池包擠壓熱失控仿真），講解顯式求解器參數(shù)配置與沖擊載荷耦合施加方法（鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/training/details/lsdyna）；NCode模塊則實現(xiàn)從“應力分析”到“壽命預測”的升級，通過30+案例（如活塞熱疲勞、電池包電芯循環(huán)壽命評估），詳解Miner線性累積損傷理論與熱循環(huán)載荷譜編輯技巧（鏈接：https://www.yqgqt.org.cn/training/details/ncode）。
培訓成果顯著，為企業(yè)創(chuàng)造實實在在的價值：85%的學員可獨立完成熱應力分析全流程，某機械企業(yè)培訓前需外包相關項目（單次費用2-3萬元），培訓后工程師可自主完成，每年節(jié)省外包成本20-30萬元；60%的學員能為企業(yè)輸出可落地的熱應力優(yōu)化方案，某新能源車企通過學員設計的電池包熱防護方案，將產(chǎn)品故障率降低60%；70%的企業(yè)通過培訓建立了內(nèi)部熱應力分析標準化流程，明確模型簡化、網(wǎng)格質量、邊界條件設置的統(tǒng)一標準，使團隊工作效率提升40%，分析結果一致性提高55%。
展開 熱應力分析過程
ABAQUS 提供三種熱應力分析程序：
1. 順序耦合熱應力分析，最常用的方法
? 當應力是由熱量場存在造成的，并且熱求解過程與應力狀態(tài)無關，也就是說應力依賴于熱產(chǎn)生，而熱并不依賴位移。
? 需要跑兩個分析: 先分析熱傳導，再將溫度結果導熱應力分析
? 熱分析的結果，如溫度(位置，時間的函數(shù))被讀入應力分析，作為一個預定義場。
2. 完全耦合熱應力分析，最常用的方法
? 應力依賴于溫度場并且溫度也依賴于應力場。
? 只需要跑一個析。
3.
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熱應力的最新內(nèi)容
img.jishulink.com/202605/imgs/23891bc2a9164c63ba0b4d3b0275df5c" width="202"></p><p class="ql-align-center"><strong>黃華清 | Ansys高級應用工程師</strong></p><p><strong>主題簡介：</strong>隨著電子系統(tǒng)向高集成度與微型化持續(xù)演進，BGA（球柵陣列）封裝的焊球密度與熱應力復雜性顯著攀升
基于該模型思想，后續(xù)可以設計一個數(shù)值案例：建立 FCC 多晶 RVE，在不同溫度下進行單軸拉伸或模擬，對比等溫條件、外部溫度場條件以及考慮熱軟化后的應力-應變響應。同時輸出滑移活動、局部應變集中、溫度相關硬化參數(shù)和織構演化結果，用于展示 TEV 晶體塑性模型在高溫成形模擬中的優(yōu)勢。
在動力電池熱管理系統(tǒng)中，導熱系數(shù)25%的提升意味著冷卻介質能夠更快帶走高倍率充放電產(chǎn)生的廢熱，緩解熱應力積聚。
Al?O?納米流體的導熱強化則具有明顯的濃度臨界值特征。在濃度為0.05%時，強化幅度達到峰值（20%與21%）；但超過0.1%后，導熱系數(shù)出現(xiàn)了輕微衰退。
FLOW-3D CAST 提供詳細的鑄件填充及凝固和模具熱平衡信息，并追蹤工藝過程中各種缺陷，如縮孔、縮松、表面夾渣、卷氣、困氣、沖砂、冷隔、澆不足、機械性能、熱應力和變形等，也可以分析砂型及金屬型溫度分布和其他特殊功能。
壓鑄模塊集成常規(guī)壓鑄、半固態(tài)壓鑄、擠壓鑄造與應力變形分析，構建全面靈活的解決方案，助力全球制造業(yè)實現(xiàn)更高質量與更高效率的工藝升級。
A選項所說的不同材料的熱膨脹系數(shù)不匹配導致的熱應力，是溫度升高導致元器件壽命下降的最重要的因素之一。
2、工藝優(yōu)化
◎ 提高真空度：鍍鋁時將真空度嚴格控制在10??Pa以上，減少真空室內(nèi)殘留的氧氣，降低鋁層初始氧化的可能性；
◎ 強化離子轟擊：鍍鋁后增加氬離子二次轟擊工序，時間控制在80-120秒，讓鋁層結構更致密，減少孔隙，降低水汽滲透風險；
◎ 科學冷卻：鍍完后不要立即暴露在高溫高濕環(huán)境，先在50℃干燥箱中“回火”10分鐘，再自然冷卻至室溫，緩解PC與鋁層的熱應力，減少裂紋產(chǎn)生。
三、結構設計：應對熱應力與動態(tài)難題
高溫不僅影響材料性能，還會引發(fā)熱膨脹、熱循環(huán)疲勞等問題，諾冠在高溫提升閥設計中融入多項創(chuàng)新：
熱補償結構：采用延長閥蓋、彈性加載閥座等設計，吸收熱變形，避免密封面脫開。
優(yōu)化流道：減少湍流與局部過熱，提升響應速度與使用壽命。
模塊化設計：支持板式、管式、集裝式安裝，便于維護與更換，符合ISO15407-1等國際標準。
4.聚焦變形敏感區(qū)進行工藝補償
針對仿真識別出的圓角過渡區(qū)和孔邊高應力區(qū)，項目組在工裝支撐及后續(xù)校形策略上進行配套優(yōu)化，使熱應力釋放路徑更加可控，降低淬火后孔位失圓和整體彎扭風險。
可以看到焊球在溫循過程中受到循環(huán)往復的熱應力，并且邊緣焊球受到的拉扯更明顯。
例如在一個載荷傳遞熱─應力分析中，可以先進行非線性瞬態(tài)分析，接著再進行線性靜力分析。可以將熱分析中任一載荷步或時間點的節(jié)點溫度作為載荷施加到應力分析中。
