传热问题有限元分析.pdfVIP

长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。——李白

【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UnitsMetric（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。

长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。——李白

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

长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。——李白

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”【Clickheretoadd

anewmaterial】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。