Termalna analiza struktur je v sodobnem inženirskem svetu izjemno pomembna, saj omogoča podrobno razumevanje toplotnih procesov, ki potekajo znotraj materialov in konstrukcij. Komponente, ki so med obratovanjem izpostavljene različnim virom toplote, lahko doživijo nepredvidene spremembe lastnosti, kot so deformacije, utrujenost materiala ali celo porušitev. Z naprednimi simulacijskimi pristopi lahko inženirji že v fazi načrtovanja ocenijo, kako se bodo materiali odzivali na temperaturne obremenitve, kar bistveno zmanjša potrebo po dragih fizičnih prototipih in testiranjih.
Hkrati omogoča termalna analiza boljše načrtovanje hladilnih sistemov, izboljšanje energijske učinkovitosti ter podaljšanje življenjske dobe komponent v avtomobilski, letalski, elektronski in energetski industriji. Posebej pomembna je pri razvoju sodobnih elektronskih naprav in sistemov, kjer se zaradi vse manjših dimenzij in večjih zmogljivosti povečuje tveganje pregrevanja. Z optimizacijo toplotne prevodnosti, izbiro ustreznih materialov in pravilno zasnovo konstrukcij se zagotavlja zanesljivo, varno in trajnostno delovanje izdelkov tudi v najzahtevnejših delovnih pogojih.
Termalna analiza regulatorja
Regulator lahko uvozimo direktno v platformo z ukazom import. Geometrija in komponente so del SOLIDWORKS paketa za učenje, v tem blogu pa jo bomo adaptirali, da bo ustrezna za izvajanje strukturno-termalne simulacije. Scenarij torej definiramo kot thermal-structural.
Model se nam odpre v Mechanical Scenario Creation, kjer definiramo pogoje za oba tipa simulacij. Računali se bodo ločeno, a lahko v specifičnih primerih (npr. deformacija zaradi temperature ali warping) vplivata ena na drugo. Začeli bomo s kreacijo scenarija termalne analize.
V začetku definiramo kontaktne pogoje med komponentami, ki jih bomo lahko uporabili tudi v strukturni analizi.
Prav tako z istim orodjem definiramo kontakt med čipom in prenosnikom toplote, saj ima ta posebne lasnosti toplotne prevodnosti. Ker je kontakt samo eden, ga moramo definirati ročno.
3DEXPERIENCE nam ponudi avtomatsko zaznavanje kontaktov med komponentami sestava, in samodejni predpis prehodnih pogojev kot so trenje in toplotna prevodnost. Za interakcije med navadnimi komponentami izberemo Contact Property.1, ki definira navadno temperaturno prestopnost, za kontakt čip-prenosnik toplote pa izberemo Chip-sink, ki smo ga definirali zgoraj.
V isti aplikaciji definiramo tudi temperaturne pogoje, kot so začetna temperatura, temperatura navadnih komponent, in toplotna generacija čipa. Ker je pravilno določanje vezav komponent za primere termalno-strukturnih komponent pomembna, sestav vpnemo le v kotih. To nam bo omogočilo pravilno opazovanje deformacije, saj bo sestav v simulaciji vpet identično kot v realnih primerih.
Uporabimo 2 ukaza za Fixed Displacement, in enega za Clamp. To omogoča prosto deforamcijo po z in y oseh, brez rotacije sestava.
Za uspešno izvajanje termalne analze moramo definirati tudi Film condition, ki predstavlja konvekcijo in sevanje elementov.
Prav tako na sestav nanesemo temperaturno obremenitev, ki jo pa definiramo kar v povezavi z termalno simulacijo.
Ko smo pripravili vse, kar je zahtevano za izvajanje simulacije, se nam v Assistant-u pojavi zelena luč.
Zaradi narave obeh scenarijev, računski postopek traja le 30 sekund. Pri obeh smo namreč definirali statični korak z 1000 maksimalnimi iteracijami, zato simulaciji nista računsko zahtevni.
Rezultati
V tem primeru nas zanimajo predvsem vplivi temperaturnih sprememb na strukturo sestava. Najboljšo vizualizacijo lahko prikažemo s Plot Sectioning, s katerim prikažemo napetosti po sredini sestava
Prav tako pa lahko prikažemo animacijo Von Missesove napetosti zaradi segrevanje sestava.
Prav tako si lahko ogledamo vektorski prikaz in si tako ogledamo učinkovitost nanesenega filma.
Za konec analize pa prikažemo še deformacijo dela in opazimo, da se največji upogib pojavi prav na čipu in direktno pod njim.
Sklenemo lahko, da je povezovanje strukturne in termalne analize pri sestavih nujno za celovito razumevanje obratovalnih pogojev in zanesljivo napoved obnašanja sistema. Le integriran pristop omogoča natančno oceno medsebojnih vplivov obremenitev in temperaturnih sprememb, kar bistveno prispeva k varnosti, trajnosti ter učinkovitosti izdelkov. Tak način obravnave zmanjšuje tveganje za nepredvidene odpovedi, hkrati pa omogoča optimizacijo zasnove v smeri večje zanesljivosti in energetske učinkovitosti, kar je ključnega pomena v sodobnem inženirstvu.
Če vas zanima, kako lahko termalno-strukturne simulacije uporabite v svoj pri, nas kontaktirajte prek eletronske pošte (info@ib-caddy.com) ali pa prek telefonske številke (01) 566 12 55.