零部件交互 PropertyManager

您可以使用零部件交互 PropertyManager 来指定交互条件，以控制在仿真过程中选定零部件的行为。

零部件级别的交互会覆盖全局级别的交互，而局部交互设置则会覆盖零部件级别的交互。 修改或添加交互设置需要重新网格化模型。

在运行分析之前，您可以使用交互查看器 PropertyManager 验证交互区域（如接合、接触和自由）。

交互类型

可用选项取决于算例类型：

接合 选定零部件在仿真过程中的行为方式就像是被焊接一样。
接触 选定零部件在仿真过程中不会相互干扰，无论其初始接触条件如何。 默认情况下，如果仿真过程中产生的变形足以导致自相交叉，则实体也不会发生自相交叉的情况。 将应用曲面到曲面接触公式。
零部件的接触交互选项不可用于非线性算例。 使用局部交互 PropertyManager 来在选定零部件的几何实体之间应用局部相触面组。
自由 选定零部件可在仿真过程中相互交叉。 如果无法确定载荷是否会导致零部件的干扰，请勿使用此选项。 此交互类型将覆盖现有零部件级别的交互。
绝缘 防止由于选定零部件之间的传导而产生的热流。

零部件

  全局交互 选择顶层装配体以应用全局交互条件。 选定交互类型将应用于装配体的所有零部件。
交互零部件 选择零部件以指定其交互条件。您可以从弹出的 FeatureManager 设计树或者使用选择过滤器工具栏上的过滤实体工具从图形区域中选择所需的零部件。

属性

接合的缝隙范围 指定使得几何实体符合接合交互条件的允许间隙。最大间隙百分比的默认值为模型特性长度的 0.01 %，并在 默认选项 交互中指定。间隙大于此阈值的零部件不会在零部件级别进行接合。您可以将默认最大间隙覆盖为用户定义的值。

为最大间隙输入非常小的值（不是零），以确保重合的曲线几何体的连接。

您可能需要将指定的最大间隙增加一个小公差，以确保正确实施接合。要验证交互区域（如接合、接触和自由），请使用 交互查看器 PropertyManager。
计算最小间隙 当您在交互零部件中选择两个零部件以应用接合接触时，此工具可用。

计算两个选定零部件之间的最小距离。
包括壳体边线到实体面/壳体面和边线对的接合（速度较慢） 为位于允许接合间隙范围内的边线组创建边线到边线接合相触面组。
符合接合条件的壳体或钣金实体的有效边线组包括：
  • 直线、平行和非干涉壳体边线（或者在一定程度的公差范围内近似平行）。
  • 具有相同半径、同心且不干涉的圆形边线。
  • 接合到实体或壳体面（平面或圆柱面）的壳体边线（直线或圆弧）。
视为接触的缝隙范围： 指定使得几何实体符合接触条件的允许间隙。 默认选项 > 交互中指定的默认值为模型特性长度的 10%。
如果缝隙为以下值，则稳定区域： 将小刚度应用到限定区域，以便解算器可以克服不稳定问题并开始仿真。 软件会将接触稳定应用于初始间隙在模型特性长度 1% 阈值范围内的零部件。

您可以自定义允许的间隙以更好地适应您的模型。
摩擦系数 为选定零部件指定静摩擦系数。 摩擦系数的允许范围为 0 至 1.0。

静态摩擦力的计算方法是将接触位置产生的法向力乘以给定的摩擦系数。 摩擦力的方向与运动方向相反。

高级

（可用于接合交互类型）。

在相触边界之间强行使用共同节点 在选定零部件的相触边界上强制实施网格连续性，并将零部件作为一个实体进行网格化。 只有基于曲率的网格器和标准网格器支持此选项。
接合公式 为单独网格化的零部件指定接合公式。

曲面到曲面

此选项更准确，但更慢。 对于 2D 简化算例，解算器将应用边线到边线接合。

节点到曲面

如果您在求解具有复杂接触曲面的模型时遇到性能问题，请选择此选项。 对于 2D 简化分析，程序将应用节点到边线接合。

定义零部件级别的交互

您可以使用零部件级别的交互来修改选定零部件的默认全局交互类型，例如从全局接合条件更改为接触交互。 零部件级别的交互将覆盖全局级别的交互。

要为选定零部件指定交互类型：

  1. 在 Simulation 算例树中，右键单击连接 图标，然后选择零部件交互 。
  2. 在 PropertyManager 中，选择所需的交互类型：接合、接触或自由。
  3. 在零部件 下，从弹出的 FeatureManager 设计树中选择所需的零部件（零件或实体）。
  4. 对于接触交互，您可以指定摩擦系数。
  5. 单击 。
    当您在网格化后修改或添加新的交互条件时，网格图标旁边会出现一个错误图标 。 软件会在运行算例之前自动重新网格化模型。

热接触阻力

在电流流动和热流动之间模拟很有用，当需要满意地描述两个传导介质的界面上的传热时，这种有用性是显而易见的。由于机械加工的局限性，当两个固体表面压在一起时，不会永远形成理想接触。两个接触的表面由于其粗糙性，表面之间始终会存在微小的空气间隙。

通过两个接触面之间的界面，存在两种模式的传热。 第一种是通过固体到固体接触的点的传导传热 (Q传导)，这种传热非常有效。 第二种是通过填充间隙的空气的传导传热 (Q间隙)。由于空气的热导率较低，这种传热可能很弱。 为了论述热接触阻力，在两边具有传导介质的一组物体中加上界面传导率 hc，如下图所示。

传导率 hc 与对流传热系数相似，它具有相同的单位 (W/m2 ºK)。如果 ΔT 是区域 A 的界面上的温差，则传热速率 Q 可以由 Q = A hc ΔT 公式计算。利用电热模拟，可以写出 Q = ΔT/Rt，其中 Rt 是热接触阻力，由 Rt = 1/(A hc) 公式计算。

界面传导率 hc 取决于以下因素：

  • 接触面的表面粗糙度。
  • 每个面的材料。
  • 将表面压在一起的压力。
  • 两个接触面之间的间隙中的物质。

下表显示了对于正常表面粗糙度和中等接触压力（1 到 10 atm）的界面传导率的一些典型值。除非指出，否则空气间隙没有抽空：

热阻，R热X10-4 (m2.K/W)
 
接触压力 100 kN/m2 10,000 kN/m2
不锈钢 6-25 0.7-4.0
铜 1-10 0.1-0.5
镁 1.5-3.5 0.2-0.4
铝 1.5-5.0 0.2-0.4

下表列出了真空条件下金属界面的热接触阻力：

接触面 传导率 (hc) (W/m2 ºK)
铁/铝 45,000
红铜/红铜 10,000 - 25,000
铝/铝 2200 - 12000
不锈钢/不锈钢 2000 - 3700
不锈钢/不锈钢 （已抽空间隙） 200 - 1100
陶瓷/陶瓷 500 - 3000

热接触阻力 - 范例

在电子行业中，通常使用薄层环氧树脂来连接芯片和基底。在其它行业中也会遇到类似情况。要将环氧树脂层作为单独的零部件来建模，所用的单元大小必须非常小，但这会导致网格化失败或不必要地产生大量单元。

要考虑环氧树脂层导致的热阻影响，不必对它进行建模。热接触阻力是以曲面到曲面接触条件形式实施的。您可以指定总热阻率或单位面积热阻率。

对热接触阻力建模

对热接触阻力建模的方法有两种：
  • 可以在创建几何体时忽略薄环氧树脂层。换言之，实际上由薄层分隔的零部件面在模型中将相互接触。
  • 可以在创建几何体时考虑薄环氧树脂层。在这种情况下，热接触面间将存在缝隙。使用此方法时，需要考虑以下两点：
    • 当两个接触面之间的距离小于或等于邻近的单元大小时，结果最精确。下例的结果可能不精确。

    • 尽管不必要为准确配对热接触而拆分面，但这可以提高精度。

  • 要在一个大面与若干个较小的面之间指定不同的热阻，必须先将大面拆分为若干个较小的面，才能为不同的相触面组指定热接触阻力。

定义热接触阻力

要定义热接触阻力：

  1. 在热力算例中，用右键单击连接 ，然后选择相触面组。
    屏幕上将出现相触面组 PropertyManager。
  2. 将类型设定为热阻。
  3. 在组 1 的面、边线、顶点 中，根据需要选择与一个或多个零部件相关联的实体。
  4. 在组 2 的面 中，从另一个零部件选择所需的面。
  5. 选择热接触阻力，然后执行以下操作：
    1. 将单位 设定为您要使用的单位体系。
    2. 选择 总和 或 分布 并输入一个值。
  6. 在高级下，选择节到曲面或曲面到曲面。
    节到节 选项不允许指定热阻，原因在于相触面的连接节会具有相同的温度（完美传导）。
  7. 单击 。