PropertyManager Interaction entre composants

Vous pouvez utiliser le PropertyManager Interaction entre composants pour spécifier les conditions d'interaction qui contrôlent le comportement des composants sélectionnés lors de simulations.

Les interactions de niveau composant remplacent les interactions de niveau global et les paramètres d'interactions locales remplacent les interactions de niveau composant. La modification ou l'ajout d'un paramètre d'interaction nécessite le remaillage du modèle.

Avant d'exécuter l'analyse, vous pouvez vérifier les zones d'interaction (solidaire, contact et libre) avec le PropertyManager Visualisateur d'interaction.

Type d'interaction

Les options disponibles dépendent du type de l'étude :

Solidaires Pendant une simulation, les composants sélectionnés se comportent comme s'ils avaient été soudés.
de contact Les composants sélectionnés n'interfèrent pas mutuellement pendant la simulation, quelle que soit la condition de contact initiale. Par défaut, les corps ne s'entrecoupent pas eux-mêmes si la déformation pendant la simulation est suffisante pour provoquer les interférences d'une même pièce. La formulation de contact Surface à surface est appliquée.
L'option d'interaction de contact pour les composants n'est pas disponible pour les études non linéaires. Utilisez le PropertyManager Interactions locales pour appliquer des ensembles de contacts locaux entre les entités géométriques des composants sélectionnés.
Gratuit Les composants sélectionnés peuvent s'entrecouper lors de la simulation. N'utilisez pas cette option sauf si vous êtes sûr que les chargements ne causeront pas d'interférence entre les composants. Ce type d'interaction remplace les interactions de niveau composant existantes.
Isolé Empêche le flux de chaleur dû à la conduction entre les composants sélectionnés.

Composants

  Interaction globale Sélectionne l'assemblage de premier niveau pour appliquer une condition d'interaction globale. Le type d'interaction sélectionné s'applique à tous les composants de l'assemblage.
Composants pour l'interaction Sélectionnez les composants pour spécifier leurs conditions d'interaction. Vous pouvez sélectionner les composants requis dans l'arbre de création FeatureManager mobile ou dans la zone graphique, en utilisant l'outil Filtre de corps volumiques dans la barre d'outils Filtre de sélection.

Propriétés

Plage de discontinuités pour le contact solidaire Spécifie le jeu qui permet aux entités géométriques de se qualifier pour les interactions de type solidaire. La valeur par défaut du Pourcentage max de discontinuité est de 0,01 % de la longueur caractéristique du modèle et est spécifiée dans Options par défaut > Interactions . Les composants avec des jeux supérieurs à ce seuil ne sont pas liés au niveau du composant. Vous pouvez passer outre le jeu maximal par défaut à l'aide d'une valeur définie par l'utilisateur.

Entrez un jeu maximum très petit (non nul), afin de garantir la liaison de la géométrie coïncidente courbe.

Vous devrez peut-être augmenter l'écart maximum spécifié d'une petite tolérance pour assurer une bonne application de la liaison. Pour vérifier les zones d'interaction (solidaire, contact et libre), utilisez le PropertyManager Visualisateur d'interaction.
Calculer l'intervalle minimum Cet outil est disponible lorsque vous sélectionnez deux composants dans Composants pour l'interaction pour appliquer un contact de type Solidaire.

Calcule la distance minimale entre les deux composants sélectionnés.
Inclure la liaison des paires arête de coque - face de corps volumique/face de coque (plus lent) Crée des ensembles de contacts solidaires pour les paires d'arêtes de coque situées dans le jeu admissible pour le contact solidaire.
Les paires valides d'arêtes de coques ou de corps de tôlerie qui se qualifient pour le contact solidaire sont :
  • Arêtes de coque droites, parallèles, et sans interférences (ou presque parallèles à un degré de tolérance).
  • Arêtes circulaires qui ont le même rayon, sont concentriques et sans interférences.
  • Arêtes de coque (droites ou courbes) liées à une face de coque ou de corps volumique (plane ou cylindrique).
Plage de discontinuités pour prendre en compte le contact : Spécifie le jeu qui permet aux entités géométriques de se qualifier pour le contact. La valeur par défaut spécifiée dans Options par défaut > Interactions est de 10 % de la longueur caractéristique du modèle.
Stabiliser la zone si la discontinuité est : Applique une petite raideur aux zones qualifiées pour que le solveur puisse résoudre les problèmes d'instabilité et démarrer la simulation. Le logiciel applique une stabilisation de contact aux composants qui ont un jeu initial inférieur à un seuil de 1 % de la longueur caractéristique du modèle.

Vous pouvez personnaliser les jeux admissibles pour mieux correspondre à vos modèles.
Coefficient de friction Spécifie le coefficient de friction statique pour le composant sélectionné. La plage admissible pour le coefficient de friction est de 0 à 1,0.

Les forces de friction statique sont calculées en multipliant les forces normales générées aux emplacements de contact par le coefficient de friction donné. La force de friction est dans la direction opposée de la direction de mouvement.

Options avancées

(Disponible pour le type d'interaction Solidaire).

Appliquer des noeuds communs entre les frontières en contact Applique la continuité de maillage aux frontières en contact des composants sélectionnés et maille les composants en un seul corps. Seuls les mailleurs standards et basés sur la courbure prennent en charge cette option.
Formulation de contact solidaire Spécifie la formulation de contact solidaire pour les composants à maillage indépendant.

Surface à surface

Cette option est plus précise, mais plus lente. Dans une analyse de simplification 2D, le solveur applique un contact solidaire de type arête à arête.

Noeud à surface

Sélectionnez cette option uniquement en cas de problèmes de performances lors de l'analyse de modèles avec des surfaces en contact compliquées. Dans une analyse de simplification 2D, le programme applique un contact solidaire de type nœud à arête.

Définition d'interactions au niveau du composant

Vous pouvez utiliser les interactions au niveau du composant pour modifier le type d'interaction globale par défaut pour les composants sélectionnés, par exemple d'une condition solidaire globale à une interaction de contact. Les interactions au niveau du composant remplacent les interactions globales.

Pour spécifier le type d'interaction pour les composants sélectionnés :

  1. Dans l'arbre d'études Simulation, cliquez avec le bouton droit de la souris sur l'icône Connexions et sélectionnez Interaction entre composants .
  2. Dans le PropertyManager, sélectionnez le type d'interaction requis entre Solidaire, Contact ou Libre.
  3. Sous Composants , sélectionnez les composants requis (pièces ou corps) dans l'arbre de création FeatureManager mobile.
  4. Pour les interactions de type Contact, vous pouvez spécifier le Coefficient de friction.
  5. Cliquez sur .
    Une icône d'erreur apparaît à côté de l'icône Maillage lorsque vous modifiez ou ajoutez une nouvelle condition d'interaction après le maillage. Le logiciel procède au remaillage du modèle automatiquement avant d'exécuter l'étude.

Résistance thermique de contact

L'intérêt de l'analogie entre le flux de courant électrique et celui de la chaleur devient apparent lorsqu'une description satisfaisante du transfert thermique à l'interface des deux milieux conducteurs est nécessaire. En raison des limites d'usinage, il est impossible que deux surfaces volumiques puissent former un contact parfait lorsqu'elles sont appuyées l'une contre l'autre. Il existera toujours des intervalles d'air si petits soient-ils entre les deux surfaces de contact en raison de leur inégalité.

Par l'interface entre les deux faces de contact, il existe deux modes de transfert thermique. Le premier est la conduction par les points de contact de solide à solide (Qconduction), qui est très efficace. Le second est celui de la convection par les intervalles remplis de gaz (Qintervalle) qui, en raison de sa faible conductivité thermique, peut être médiocre. Pour traiter la résistance thermique de contact, une conductance interfaciale, hc, est placée en série avec les milieux conducteurs sur les deux côtés indiqués sur la figure suivante.

La conductance hc est semblable au coefficient de convection du transfert thermique et a les mêmes unités (W/m2 ºK). Si ΔT représente la différence de température sur une interface de la zone A, e taux de transfert thermique Q est donné par Q = A hc ΔT. En utilisant une analogie électrique-thermique, vous pouvez écrire Q = ΔT/Rt, où Rt représente la résistance thermique de contact et est obtenu par Rt = 1/(A hc).

La conductance interfaciale, hc, dépend des facteurs suivants :

  • La finition de la surface des faces de contact.
  • Le matériau de chacune des faces.
  • La pression exercée sur les surfaces pour qu'elles entrent en contact.
  • La substance dans les intervalles entre les deux faces de contact.

Le tableau suivant indique des valeurs type de la conductance interfaciale pour les finitions de surface normale et les pressions de contact modérées (1 à 10 atm). Intervalles d'air pas évacués à moins d'indication contraire :

Résistance thermique, RthermalX10-4 (m2.K/W)
 
Pression de contact 100 kN/m2 10 000 kN/m2
Acier inoxydable 6-25 0.7-4.0
Cuivre 1-10 0.1-0.5
Magnésium 1.5-3.5 0.2-0.4
Aluminium 1.5-5.0 0.2-0.4

Le tableau suivant liste la résistance thermique de contact pour les interfaces métalliques dans des conditions sous vide :

Faces en contact Conductance (hc) (W/m2 ºK)
Fer/aluminium 45,000
Cuivre/cuivre 10,000 - 25,000
Aluminium/aluminium 2200 - 12000
Acier inoxydable/acier inoxydable 2000 - 3700
Acier inoxydable/acier inoxydable (intervalles évacués) 200 - 1100
Céramique/céramique 500 - 3000

Résistance thermique de contact - Exemple

Dans l'industrie électronique, les puces sont habituellement collées au substrat par une mince couche d'époxy. On trouve des situations similaires dans d'autres industries. La modélisation de la couche d'époxy en tant que composant séparé impose l'utilisation d'éléments de très petite taille qui peuvent engendrer l'échec du maillage ou un nombre inutilement élevé d'éléments.

Pour prendre en considération la résistance thermique de la couche d'époxy, il n'est pas besoin de la modéliser. La résistance thermique de contact est assimilée à une condition de contact surface à surface. Vous pouvez spécifier la résistivité thermique totale ou par unité de surface.

Modélisation d'une résistance thermique de contact

Deux moyens vous permettent de modéliser la résistance thermique de contact :
  • Vous pouvez négliger la couche fine d'époxy lors de la modélisation. Les faces des deux composants séparés par la couche d'époxy sont alors en contact dans le modèle.
  • Vous pouvez tenir compte de la couche plus tard, lors de la création des géométries, en maintenant un jeu entre les deux faces en contact thermique. Si vous utilisez cette approche, vous devez tenir compte de deux points :
    • Les résultats sont le plus précis quand la distance entre les deux faces en contact est inferieure ou égale à la taille des éléments à proximité. L'exemple ci-dessous peut aboutir à des résultats incorrects.

    • Le fractionnement des faces pour affecter le contact thermique approprié entre les différentes paires, comme illustré ci-dessous, n'est pas nécessaire, mais améliore la précision.

  • Pour spécifier différentes résistances thermiques entre une grande face et plusieurs petites faces, vous devez d'abord fractionner la grande face en autant de petites faces qu'il y en a avant d'affecter la résistance thermique de contact aux différentes paires.

Définition de la résistance thermique de contact

Pour définir une résistance thermique de contact :

  1. Dans une étude thermique, cliquez à droite sur l'icône Connexions et sélectionnez Contact entre ensembles.
    Le PropertyManager Contact entre ensembles s'affiche.
  2. Réglez le Type sur Résistance thermique.
  3. Sous Faces, arêtes, sommets pour Set 1 , sélectionnez les entités souhaitées associées à un ou plusieurs composants.
  4. Sous Faces pour l'ensemble 2 , sélectionnez les faces souhaitées d'un autre composant.
  5. Sélectionnez Résistance thermique, puis :
    1. Réglez les Unités sur le système d'unités à utiliser.
    2. Sélectionnez Totale ou Distribuée spécifiez une valeur.
  6. Sous Avancées, sélectionnez Nœud à surface ou Surface à surface.
    L'option Nœud à nœud ne vous permet pas de spécifier une résistance thermique puisque les nœuds connectés des faces en contact auront la même température (conduction parfaite).
  7. Cliquez sur .