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ANSYS摄像头工作时温度场和位移场的有限元分析和优化设计(5)

时间:2021-05-27 20:08来源:毕业论文
(1)得到温度场的分布; (2)得到位移场的分布; (3)得到应力场的分布; (4)根据计算结果得到优化布置PCB基板上芯片与电源的方案。 2 基本理论

(1)得到温度场的分布;

(2)得到位移场的分布;

(3)得到应力场的分布;

(4)根据计算结果得到优化布置PCB基板上芯片与电源的方案。

2 基本理论和方法

2.1 温度应力 

当弹性体的温度有所改变时,它的每一部分一般都将由于温度的升高或降低而趋于膨胀或收缩。但是,由于弹性体所受的外在约束,以及各个部分之间的相互约束,这种膨胀或收缩并不能自主地发生,于是就产生应力,即所谓变温应力。近年来,变温应力已趋于被改称为温度应力[7]。为了确定物体内的温度应力,须进行两方面的计算:(1)按照“热传导理论”,根据弹性体的热血性质、内部热源、初始条件和边界条件,计算弹性体内各点在各瞬时的温度,即所谓“确定温度场”,而前后两个温度场之差就是弹性体的变温。(2)按照“热弹性力学”,根据弹性体的变温来求出体内各点的温度应力,即所谓“确定应力场”。

    一个基于ANSYS的热应力问题的典型分析过程如下:

(1)导入几何模型(Geometry)

(2)稳态热分析(Steady-State Thermal)

(3)瞬态热分析(Transient Thermal)

(4)瞬态动力学分析(Transient Structural(ANSYS))[8,9]

2.2 稳态热分析

如果系统的净流率为0,即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量: ,则系统热稳态。在稳态热分析中,任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为(以矩阵形式表示):

                               (2.1)

式中: 为传导矩阵,包含热系数、对流系数及辐射和形状系数; 为节点温度向量; 为节点热流率向量,包括热生成[11]。

    ANSYS可利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件,生成 , 以及 。来~自^优尔论+文.网www.youerw.com/

2.3 瞬态热分析

瞬态传热过程是指一个系统的加热或冷却过程。在这个过程中系统的温度、热流率、热边界条件以及系统内能随时间都有明显变化。根据能量守恒定律,瞬态热平衡可以表达为(以矩阵形式表示):

                              (2.2)

式中: 为传导矩阵,包含热系数、对流系数及辐射和形状系数; 为比热容矩阵,考虑系统内能的增加; 为节点温度向量; 为温度对时间的导数; 为节点热流率向量,包括热生成[18]。

2.4 瞬态动力学   

    瞬态动力学分析(亦称时间历程分析)是用于确定承受任意随时间变化载荷结构的动力学响应的一种方法。可以用瞬态动力学分析确定结构在稳态载荷、瞬态载荷和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移、应变、应力及力。载荷和时间的相关性使得惯性力和阻尼作用比较重要。如果惯性力和阻尼作用不重要,就可以用静力学分析代替瞬态分析。

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