传热问题有限元分析VIP免费

【问题描述】本例对覆铜板模型进行稳态传热以及热应力分析，图I所示的是铜带以及基板的俯视图，铜带和基板之间由很薄的胶层连接，可以认为二者之间为刚性连接，这样的模型不包含胶层，只有长10mm的铜带（横截面2mm×0.1mm）和同样长10mm的基板（横截面2mm×0.2mm）。材料性能参数如表1所示，有限元分析模型为实体——实体单元，单元大小0.05mm，边界条件为基板下表面温度为100℃，铜带上表面温度为20℃，通过二者进行传热。图I铜带与基板的俯视图表1材料性能参数名称弹性模量泊松比各向同性导热系数基板3.5GPa0.4300W/(m·℃)铜带110GPa0.34401W/(m·℃)【要求】在ANSYSWorkbench软件平台上，对该铜板及基板模型进行传热分析以及热应力分析。1.分析系统选择（1）运行ANSYSWorkbench，进入工作界面，首先设置模型单位。在菜单栏中找到Units下拉菜单，依次选择Units>Metric（kg,m,s,℃，A，N,V）命令。（2）在左侧工具箱【Toolbox】下方“分析系统”【AnalysisSystems】中双击“稳态热分析”【Steady-StateThermal】系统，此时在右侧的“项目流程”【ProjectSchematic】中会出现该分析系统共7个单元格。相关界面如图1所示。图1Workbench中设置稳态热分析系统（3）拖动左侧工具箱中“分析系统”【AnalysisSystems】中的“静力分析”【StaticStructural】系统进到稳态热分析系统的【Solution】单元格中，为之后热应力分析做准备。完成后的相关界面如图2所示。图2热应力分析流程图2.输入材料属性（1）在右侧窗口的分析系统A中双击工程材料【EngineeringData】单元格，进入工程数据窗口。（2）在已有工程材料下方的单元格“点此添加新材料”【Clickheretoaddanewmaterial】中输入新材料名称base。（3）在左侧工具箱下方双击“各项同性线弹性”选项：【LinearElastic】>【IsotropicElasticity】。（4）在弹出的材料属性窗口中输入基板的弹性模量以及泊松比的数值：【Young’sModulus】=3.5e+9Pa,【Poisson’sRatio】=0.4。（5）又在左侧工具箱下方双击“各向同性热传导率”选项：【Thermal】>【IsotropicThermalConductivity】，之后在材料属性窗口中再输入基板的导热率：【IsotropicThermalConductivity】=300W/(m·℃)。具体操作流程如图3所示。图3输入基板材料数据（6）单击工具栏中的【EngineeringDataSources】选项卡，即选项，进入工程材料库窗口。（7）单击该窗口中的【GeneralMaterials】，在下方新弹出的【OutlineofGeneralMaterials】窗口中找到【CopperAlloy】材料，并点击旁边的“+”将该材料添加到当前项目中。具体操作流程如图4所示。图4调取铜材料（4）再单击【EngineeringDataSources】选项卡回到【EngineeringData】界面，可以看到铜已被添加到工程材料中，此时再单击【Project】选项卡回到项目流程界面。3.创建几何模型（1）双击分析系统A中的“几何”【Geometry】单元格。（2）在菜单栏中依次选择Units>Millimeter，确认以“毫米”作为建模单位。之后，单击树形目录中的【XYPlane】，再单击工具栏中的“创建草图”选项即选项以创建草图，此时【XYPlane】分支下出现了名为“Sketch1”的草绘平面。如图5所示。图5创建草绘平面（3）右键单击Sketch1，在弹出的选项卡中选择“正视于”【Lookat】选项，即，切换视图以方便之后的建模。（4）单击树形图下端的【Sketching】选项卡，打开草图绘制窗口。之后按照给定的模型在草绘平面上绘图：选取“矩形”【Rectangle】工具，即，图形区点击鼠标左键，拖放鼠标画出矩形。如图6所示。图6图形区绘制草图（5）单击草图工具箱中的【Dimensions】菜单栏，之后在图形区的矩形的边上拖放鼠标显示水平尺寸H1以及垂直尺寸V2。之后在左下方的【DetailsView】中分别设置这些边的尺寸。如图7所示。图7尺寸参数设置（6）回到【Modeling】选项卡，依次在菜单栏中选择Create>Extrude，之后在树形目录中选择已生成的草图【Sketch1】，再点击明细窗口中的【Geometry】中的【Apply】按钮，确认拉伸的草图，对基板的厚度进行编辑，在明细栏的【Depth（>0）】中输入两板总厚度0.3mm。如图8所示。图8拉伸设置（7）点击工具栏中的【Generate】按钮，可...