PropertyManager Interazione tra componenti

È possibile usare il PropertyManager Interazione tra componenti per specificare le condizioni di interazione che controllano il comportamento dei componenti selezionati durante le simulazioni.

Le interazioni a livello di componente sovrascrivono le interazioni a livello globale e le impostazioni delle interazioni locali sostituiscono le interazioni a livello di componente. La modifica o l'aggiunta di un'impostazione di interazione richiede la rigenerazione della mesh del modello.

Prima di eseguire l'analisi, è possibile verificare le aree di interazione (ad esempio uniti, a contatto e liberi) nel PropertyManager Visualizzatore interazioni.

Tipo di interazione

Le opzioni disponibili dipendono dal tipo di studio:

Unito I componenti selezionati si comportano come se fossero saldati durante la simulazione.
Contatto I componenti selezionati non interferiscono tra loro durante la simulazione, a prescindere dalla loro condizione di contatto iniziale. Di default, i corpi non si intersecano tra loro se la deformazione durante la simulazione è sufficiente a causare l'autointersezione. Viene applicata la formulazione del contatto da superficie a superficie.
L'opzione di interazione Contatto per i componenti non è disponibile per gli studi non lineari. Usare il PropertyManager Interazioni locali per applicare gruppi di contatto locali tra le entità geometriche dei componenti selezionati.
Gratuito I componenti selezionati possono intersecarsi durante la simulazione. Non utilizzare questa opzione a meno che si ha la certezza che i carichi non provocheranno interferenze dei componenti. Questo tipo di interazione sovrascrive le interazioni esistenti a livello di componente.
Isolato Impedisce il flusso di calore dovuto alla conduzione tra i componenti selezionati.

Componenti

  Interazione globale Seleziona l'assieme di primo livello per applicare una condizione di interazione globale. Il tipo di interazione selezionato si applica a tutti i componenti dell'assieme.
Componenti per l'interazione Selezionare i componenti per specificarne le condizioni di interazione. È possibile selezionare i componenti richiesti dall'albero di disegno mobile FeatureManager o dall'area grafica utilizzando lo strumento Filtra corpi solidi nella barra degli strumenti Filtro di selezione.

Proprietà

Intervallo di gioco per unione Specifica la distanza che consente alle entità geometriche di qualificarsi per le interazioni di unione. Il valore di default per Percentuale massima del gioco è 0,01% della lunghezza caratteristica del modello ed è specificato in Opzioni di default > Interazioni . I componenti con giochi superiori a questa soglia non sono uniti a livello di componente. È possibile sovrascrivere il gioco massimo predefinito con un valore definito dall'utente.

Immettere un valore molto piccolo invece di zero per distanza massima per garantire l'Unione della geometria curva coincidente.

Potrebbe essere necessario aumentare il gioco massimo specificato di una tolleranza ridotta per garantire l'applicazione corretta dell'unione. Per verificare le aree di interazione (ad esempio unite, di contatto e libere), utilizzare PropertyManager Visualizzatore interazioni.
Calcola gioco minimo Questo strumento è disponibile quando si selezionano due componenti in Componenti per l'interazione per applicare un contatto unito.

Calcola la distanza minima tra i due componenti selezionati.
Includi unione coppie da bordo shell a faccia solida/faccia shell e bordo (più lento) Crea gruppi di contatto uniti da bordo a bordo per coppie di bordi situati entro il gioco consentito per l'unione.
Le coppie valide di bordi di shell o corpi in lamiera idonee per l'unione sono:
  • Bordi con shell lineari, paralleli e senza interferenza (o quasi paralleli entro un grado di tolleranza).
  • Bordi circolari che hanno lo stesso raggio, sono concentrici e non interferiscono.
  • Bordo con shell (lineare o ad arco) uniti a una faccia solida o con shell (planare o cilindrica).
Intervallo di gioco da considerare contatto: Specifica la distanza che consente alle entità geometriche di qualificarsi per il contatto. Il valore di default specificato in Opzioni di default > Interazioni è pari allo 10% della lunghezza caratteristica del modello.
Stabilizzare l'area se il gioco è: Applica una leggera rigidità alle regioni definite in modo che il solutore possa risolvere i problemi di instabilità e avviare la simulazione. Il software applica la stabilizzazione del contatto ai componenti che hanno un gioco iniziale compreso entro un valore massimo dell'1% della lunghezza caratteristica del modello.

È possibile personalizzare il gioco consentito per adattarlo meglio ai propri modelli.
Coefficiente di attrito Specifica il coefficiente di attrito statico per il componente selezionato. L'intervallo consentito per il coefficiente di attrito è compreso tra 0 e 1,0.

Le forze di attrito statiche vengono calcolate moltiplicando le forze normali generate nelle posizioni che entrano in contatto per il coefficiente di attrito dato. La direzione della forza di attrito è opposta alla direzione di movimento.

Avanzata

(Disponibile per il tipo di interazione Unito).

Applica nodi in comune tra delimitazioni in contatto Forza la continuità della mesh sulle delimitazioni in contatto dei componenti selezionati e genera la mesh dei componenti come un unico corpo. Solo i mesher basati su curvatura e standard supportano questa opzione.
Formulazione unione Specifica la formulazione dell'unione per i componenti che generano la mesh in modo indipendente.

Da superf a superf

Questa opzione è più precisa, ma più lenta. Per uno studio di semplificazione 2D, il solutore applica un'unione da bordo a bordo.

Nodo/superficie

Selezionare questa opzione se si verificano problemi di prestazioni quando si risolvono modelli con superfici di contatto complesse. Per un'analisi della semplificazione 2D, il programma applica un'unione da nodo a bordo.

Definizione delle interazioni a livello di componente

È possibile utilizzare le interazioni a livello di componente per modificare il tipo di interazione globale di default per i componenti selezionati, ad esempio da una condizione di unione globale a un'interazione di contatto. Le interazioni a livello di componente sostituiscono le interazioni a livello globale.

Per specificare il tipo di interazione per i componenti selezionati:

  1. Nell'albero dello studio di Simulation, fare clic con il pulsante destro del mouse sull'icona Connessioni e selezionare Interazione tra componenti .
  2. Nel PropertyManager, selezionare il tipo di interazione richiesto tra Uniti, Contatto o Liberi.
  3. In Componenti , selezionare i componenti richiesti (parti o corpi) dall'albero di disegno mobile FeatureManager.
  4. Per l'interazione Contatto, è possibile specificare il Coefficiente di attrito.
  5. Fare clic su .
    Un'icona di errore appare accanto all'icona Mesh quando si modifica o si aggiunge una nuova condizione di interazione dopo la mesh. Il software eseguirà di nuovo la mesh automaticamente del modello prima di eseguire lo studio.

Resistenza termica al contatto

L'utilità dell'analogia tra flusso della corrente elettrica e flusso del calore è evidente quando è necessario descrivere il trasferimento del calore nell'interfaccia di due mezzi di conduzione. A causa dei limiti imposti dalla lavorazione, due superfici solide non potranno mai realizzare un contatto perfetto quando vengono premute insieme. Rimarranno sempre piccoli vuoti d'aria tra le due superfici a contatto a causa della rugosità superficiale.

Nell'interfaccia tra due superfici a contatto esistono due modi di trasferimento termico. Il primo è la conduzione tra i punti con contatto solido-solido (Qconduzione), molto efficace. Il secondo è la convezione tra vuoti riempiti di gas (Qvuoto) che, a causa della bassa conducibilità termica, può essere molto scarsa. Per considerare la resistenza termica al contatto, una conduttanza interfacciale, hc, viene posta in serie con i mezzi di conduzione su entrambi i lati, come illustrato nella figura.

La conducibilità hc è simile al coefficiente di trasferimento termico per convezione e utilizza le stesse unità (W/m2 ºK). Se ΔT è la differenza di temperatura attraverso un'interfaccia di area A, l'intervallo di trasferimento termico Q è dato da Q = A hc ΔT. Utilizzando l'analogia termoelettrica, è possibile riscrivere Q = ΔT/Rt, dove Rt è la resistenza al contatto termico risultante da Rt = 1/(A hc).

La conduttanza interfacciale, hc, dipende dai seguenti fattori:

  • la finitura superficiale delle facce a contatto.
  • Il materiale di ciascuna faccia.
  • La pressione alla quale viene forzato il contatto tra le superfici.
  • La sostanza nei vuoti tra le due facce a contatto.

La seguente tabella mostra alcuni valori tipici della conduttanza interfacciale per finiture di superficie normali e pressioni di contatto moderate (da 1 a 10 atm). I vuoti d'aria non sono evacuati, salvo se diversamente indicato:

Resistenza termica, RtermicaX10-4 (m2.K/W)
 
pressione di contatto 100 kN/m2 10.000 kN/m2
Acciaio inossidabile 6-25 0,7-4,0
Rame 1-10 0,1-0,5
Magnesio 1,5-3,5 0,2-0,4
Alluminio 1,5-5,0 0,2-0,4

La seguente tabella elenca le resistenze termica al contatto per interfacce metalliche in condizioni di vuoto:

Facce a contatto Conducibilità (hc) (W/m2 ºK)
Ferro/alluminio 45.000
Rame/rame 10.000 - 25.000
Alluminio/alluminio 2200 - 12.000
Acciaio inossidabile/acciaio inossidabile 2000 - 3700
Acciaio inossidabile/acciaio inossidabile (vuoti evacuati) 200 - 1100
Ceramica/ceramica 500 - 3000

Esempio di resistenza termica al contatto

L'industria elettronica fa ampio uso delle chip, che solitamente sono fuse a substrati mediante un sottile strato di materiale epossidico. Una situazione analoga si ritrova anche in altre industrie. Modellare uno strato epossidico come componente distinto impone l'uso di elementi dalle dimensioni molto piccole e ciò può comportare errori nella mesh o creare un numero inutilmente grande di elementi.

Non è necessario modellare uno strato epossidico per tenere conto della resistenza termica che provoca. La resistenza al contatto termico viene realizzata come una condizione di contatto Superficie/superficie: è possibile specificare la resistività totale o la resistività per unità di area.

Modellazione della resistenza termica al contatto

Esistono due modi per modellare la resistenza termica al contatto:
  • Si può trascurare il sottile strato epossidico quando si crea la geometria, in modo che le facce dei componenti, che in realtà sarebbero separate da questo sottile strato, siano effettivamente a contatto nel modello.
  • Si può tenere conto dello strato quando si crea la geometria, creando in tal modo un vuoto tra le facce a contatto termico. Per questo approccio valgono due postulati:
    • I risultati hanno la massima precisione quando la distanza tra le due facce di contatto è minore o uguale alla dimensione dell'elemento nelle vicinanze. L'esempio seguente può fornire risultati imprecisi.

    • Dividendo le facce per l'accoppiamento corretto del contatto termico si migliora la precisione finale.

  • Per specificare le resistenze termiche tra la faccia grande e diverse facce più piccole, occorre anzitutto dividere la faccia grande in un numero di facce piccole e poi assegnare la resistenza termica al contatto alle diverse coppie.

Definizione della resistenza termica al contatto

Per definire la resistenza termica al contatto:

  1. Nello studio termico, fare clic con il pulsante destro del mouse su Connessioni e selezionare Gruppo di contatto.
    Si visualizza il PropertyManager di Gruppo di contatto.
  2. Impostare Tipo su Resistenza termica.
  3. In Facce, Bordi, Vertici per l'origine , selezionare le entità desiderate associate ad uno o più componenti.
  4. In Facce per la destinazione , selezionare le facce desiderate di un altro componente.
  5. Selezionare Resistenza termica e fare quanto segue:
    1. Impostare le Unità secondo il sistema di unità da utilizzare.
    2. Selezionare Totale o Distribuito e immettere un valore.
  6. In Avanzate, selezionare Nodo/superficie o Superficie/superficie.
    L'opzione Nodo/nodo non consente di specificare la resistenza termica perché i nodi collegati di facce a contatto avranno la medesima temperatura (conduzione perfetta).
  7. Fare clic su .