文档介绍：基于Abaqus的叠层器件有限元分析
刘长虹朱星宇余沁智张恒摘要: 针对叠层结构的热应力和散热问题,;流体动力学能够获得质量较高的有限元网格,首先建立多个形状简单的“Part”;然后通过“Assembly”组合成叠层结构的形状;再用命令“Merge/Cut Instances→Geometry Intersecting Boundaries→Retain”将各个简单结构连接成一个整体;最后采用“Tools→Patition→Create Partition”命令,将结构切割成可以划分较高质量网格的有限元模型.
最后获得具有8节点三维块体单元C3D8R的1/4叠层器件的有限元模型,该模型单元总数为3 395个,节点总数为4 800个.
1/4叠层结构的有限元计算等效应力云图见图1,可知,叠层结构在芯片和板两种材料的结合部位应力较大,特别是在两种材料连接的角点位置应力最大(见图2).
图 11/4叠层结构的等效应力云图
图 2两层材料边界的等效应力曲线
根据上述有限元计算分析可知,采用Abaqus的Standard模块,:先分别建立各简单叠层器件中的简单三维几何模型,然后用“Assembly”搭接出整体结构的建模手段,比通常建模采用直接建立一个“Part”的方法,更便于把整体结构分割成易于划分网格的简单几何体,也更容易得到质量较高的8节点六面体单元.
2叠层器件流场的有限元分析
为了解叠层器件通过风扇吹风散热的情况,,可以解决与层流和湍流相关的流体力学问题,所以使用该有限元模块对叠层器件结构进行空气的流场分析.
首先建立叠层4层板的三维有限元流体动力学模型,,结构表面的空气流速情况,选择电子原件中的叠层器件,定义叠层器件表面空气流速为0,空气从叠层器件的一侧流进,,,仍然利用叠层器件的对称性,,在建立模型时,仍然采用“搭积木”的方式,即首先根据模型的几何形状,分别建立一些形状简单具有六面体长方形的几何模型,然后利用“Assembly”中的有关命令结合“切割”命令,获得具有高质量六面体单元形状的流体动力学有限元模型.
流体动力学有限元模型采用八节点六面体形状的FC3D8单元,共划分29 560个单元,33 302个节点.
,在模拟风扇吹风散热过程中,叠层结构外表面的空气流动快,相比之下各层之间的空气流量较小.
图 3叠层4层结构空气流场分布
为更细致地观察叠层结构中板与板之间的流场情况,建立两板之间空气流动的有限元流体动力学模型,计算结果见图4和5,可知,在风扇直接吹到的表面,风压和风速较大;但在风扇吹不