PropertyManager de Interação de componente

Você pode usar o PropertyManager de Interação de componente para especificar as condições de interação que controlam o comportamento dos componentes selecionados durante as simulações.

As interações no nível do componente substituem as interações no nível global, e as configurações de interações locais substituem as interações no nível do componente. Modificar ou adicionar uma configuração de interação requer uma nova geração de malha do modelo.

Antes de executar a análise, você pode verificar as áreas de interações (como unidas, de contato e livres) com o PropertyManager visualizador de interações.

Tipo de interação

As opções disponíveis dependem do tipo de estudo:

Unidas Os componentes selecionados se comportam durante a simulação como se estivessem soldados.
Contato Os componentes selecionados não causam interferência entre si durante a simulação, independentemente de sua condição de contato inicial. Por padrão, os corpos não se cruzam se a deformação durante a simulação for suficiente para causar autointerseção. A formulação de contato superfície a superfície é aplicada.
A opção de interação Contato para componentes não está disponível para estudos não lineares. Use o PropertyManager de Interações locais para aplicar conjuntos de contato locais entre entidades geométricas dos componentes selecionados.
Livre Os componentes selecionados podem se cruzar durante a simulação. Não use essa opção a menos que você tenha certeza de que as cargas não causarão interferência dos componentes. Esse tipo de interação substitui as interações existentes no nível do componente.
Isolado Impede o fluxo de calor devido à condução entre os componentes selecionados.

Componentes

  Interação global Seleciona a montagem de nível superior para aplicar uma condição de interação global. O tipo de interação selecionado se aplica a todos os componentes da montagem.
Componentes para interação Selecione os componentes para especificar suas condições de interação. Você pode selecionar os componentes exigidos na árvore de projeto flyout do FeatureManager ou na área de gráficos usando a ferramenta Filtrar corpos sólidos na barra de ferramentas Filtro de seleção.

Propriedades

Intervalo de espaçamento para união Especifica a folga que permite que as entidades geométricas se qualifiquem para interações de união. O valor padrão para Porcentagem máxima de espaçamento é 0,01 % do comprimento da característica do modelo e é especificado em Opções predeterminadas > Interações . Componentes que têm folgas maiores que esse limite não são unidos em um nível de componente. Você pode substituir a folga máxima padrão por um valor definido pelo usuário.

Insira um valor muito pequeno em vez de zero para obter a folga máxima para garantir a união de geometria curva e coincidente.

Talvez seja necessário aumentar o espaçamento máximo especificado, com pequena tolerância, para garantir a aplicação correta da união. Para verificar as áreas de interações (como unido, contato e livre), use o PropertyManager Visualizador de interação.
Calcular espaçamento mínimo Essa ferramenta está disponível quando você seleciona dois componentes em Componentes para interação para aplicar um contato unido.

Calcula a distância mínima entre os dois componentes selecionados.
Incluir fusão da aresta da casca à face sólida/face da casca e pares de arestas (mais lento) Cria conjuntos de contatos unidos de aresta a aresta para pares de arestas localizados dentro da folga permitida para união.
Os pares válidos de arestas de cascas ou corpos de chapa metálica qualificados para união são:
  • Arestas de cascas retas, paralelas e sem interferência (ou quase paralelas dentro de um grau de tolerância).
  • Arestas circulares que têm o mesmo raio, que são concêntricas e que não causam interferência.
  • Arestas de casca (retas ou em arco) unidas a uma face sólida ou de casca (plana ou cilíndrica).
Intervalo de espaçamento para considerar contato: Especifica a folga que permite que as entidades geométricas se qualifiquem para o contato. O valor padrão especificado em Opções predeterminadas > Interações é 10% do comprimento característico do modelo.
Estabilizar a área se o espaçamento for: Aplica uma pequena rigidez às regiões qualificadas para que o solver possa superar problemas de instabilidade e iniciar a simulação. O software aplica a estabilização de contato aos componentes que têm uma folga inicial dentro de um valor limite de 1% do comprimento característico do modelo.

Você pode personalizar as folgas permitidas para ajustar melhor seus modelos.
Coeficiente de atrito Especifica o coeficiente de atrito estático para o componente selecionado. O intervalo permitido para o coeficiente de atrito é de 0 a 1,0.

As forças de atrito estático são calculadas multiplicando-se as forças normais geradas nos locais que entram em contato pelo coeficiente de atrito fornecido. A direção da força de atrito é oposta à direção do movimento.

Avançado

(Disponível para o tipo de interação Unido.)

Aplicar nós comuns entre os limites de contato Aplica a continuidade da malha nos limites de contato dos componentes selecionados e gera a malha dos componentes como um único corpo. Somente os geradores de malha padrão e baseada em curvatura suportam essa opção.
Formulação de união Especifica a formulação de união para componentes que geram malha de maneira independente.

Superfície-superfície

Esta opção é mais precisa, mas mais lenta. Para um estudo de Simplificação 2D, o solver aplica uma união aresta a aresta.

Nó-superfície

Selecione esta opção se ocorrerem problemas de desempenho durante a solução dos modelos com superfícies de contato complicadas. Para uma análise de Simplificação 2D, o programa aplica uma união nó a aresta.

Definir interações no nível do componente

É possível usar interações no nível do componente para modificar o tipo de interação global padrão para componentes selecionados, por exemplo, de uma condição unida global para uma interação de contato. Interações de componente substituem interações globais.

Para especificar o tipo de interação para os componentes selecionados:

  1. Na árvore de estudos do Simulation, clique com o botão direito no ícone Conexões e selecione Interação de componente .
  2. No PropertyManager, selecione o tipo de interação necessário, Unido, Contato ou Livre.
  3. Em Componentes , selecione os componentes necessários (peças ou corpos) na árvore de projeto flyout do FeatureManager.
  4. Para interações de Contato, é possível especificar o Coeficiente de atrito.
  5. Clique em .
    Um ícone de erro aparece próximo do ícone de Malha quando você modifica ou adiciona uma nova condição de interação após a geração de malha. O software refaz automaticamente a malha do modelo antes de executar o estudo.

Resistência térmica de contato

A utilidade da analogia entre o fluxo de corrente elétrica e o fluxo de calor se torna aparente quando é necessária uma descrição satisfatória da transferência de calor na interface entre dois meios condutores. Devido a limitações de usinagem, duas superfícies nunca terão contato perfeito ao serem pressionadas entre si. Pequenos espaçamentos sempre existirão entre as duas superfície de contato, devido à rigidez.

Pela interface entre duas faces em contato, há dois modos de transferência de calor. O primeiro é a condução através de pontos de contato sólido-sólido (Qcondução), que é muito eficaz. O segundo é a convecção pelos espaçamentos preenchidos com gás (Qespaçamento) que, devido à baixa condutividade térmica, pode ser muito fraca. Para lidar com a resistência térmica de contato, uma condutância entre as faces, hc, é colocada em série com o meio condutor em ambos os lados, como mostra a figura a seguir.

A condutância hc é semelhante ao coeficiente de transferência de calor por convecção e usa as mesmas unidades (W/m2 ºK). Se ΔT é a diferença de temperatura entre uma interface da área A, então Q é a taxa de transferência de calor dada por Q = A hc ΔT. Com a analogia térmica-elétrica, você pode usar Q = ΔT/Rt, onde Rt é a resistência térmica de contato e é dada por Rt = 1/(A hc).

A condutância entre faces, hc, depende dos seguintes fatores:

  • O acabamento da superfície das faces em contato.
  • O material de cada face.
  • A pressão com que as superfícies são unidas.
  • A substância nos espaçamentos entre as faces em contato.

A tabela a seguir mostra alguns valores típicos da condutância entre faces para acabamentos de superfície normais e pressões de contato moderadas (1 a 10 atm). Os espaçamentos de ar não são esvaziados, exceto quando indicado:

Resistência térmica, RtérmicaX10-4 (m2.K/W)
 
Pressão de contato 1.250 kg/m2 10,000 kN/m2
Aço inoxidável 6-25 0,7-4,0
Cobre 1-10 0,1-0,5
Magnésio 1,5-3,5 0,2-0,4
Alumínio 1,5-5,0 0,2-0,4

A tabela a seguir lista a thermal contact resistance (resistência térmica de contato) resistência térmica de contato para interfaces metálicas sob condições de vácuo:

Faces em contato Condutância (hc) (W/m2 ºK)
Ferro/alumínio 45.000
Cobre/cobre 10.000 - 25.000
Alumínio/alumínio 2200 - 12000
Aço inoxidável/aço inoxidável 2000 - 3700
Aço inoxidável/aço inoxidável (espaçamentos esvaziados) 200 - 1100
Cerâmica/cerâmica 500 - 3000

Thermal Contact Resistance - Exemplo

Na indústria eletrônica, os chips são usualmente unidos às bases por uma camada fina de epóxi. Situações semelhantes são encontradas em outras indústrias. A modelagem da camada de epóxi como componente separado exige o uso de um tamanho de elemento muito pequeno, que pode resultar em falha de geração da malha ou em uma quantidade desnecessariamente grande de elementos.

Para considerar a resistência térmica causada pela camada de epóxi, você não precisa modelá-la. A Thermal contact resistance (resistência térmica de contato) é implementada como uma condição de contato superfície-superfície. Você pode especificar a resistividade total ou a resistividade por unidade de área

Criar modelos de Thermal Contact Resistance

Existem duas formas de criar modelos de Thermal contact resistance (resistência térmica de contato):
  • Você pode desprezar a fina camada de epóxi quando criar a geometria. Em outras palavras, as faces dos componentes que são na realidade são separadas por uma camada fina, no modelo estarão em contato.
  • Você pode considerar a fina camada de epóxi quando criar a geometria. Neste caso, existirá um espaçamento entre as faces do contato térmico. Existem dois pontos a considerar se esta abordagem for usada:
    • Os resultados são mais precisos quando a distância entre as duas faces em contato é menor que ou igual ao tamanho do elemento na vizinhança. O exemplo abaixo pode fornecer resultados impreciso.

    • Dividir as faces para a formação adequada de pares de contato térmico, ainda que não seja necessário, melhora a precisão.

  • Para especificar diferentes resistências térmicas entre uma face grande e várias faces menores, você precisa dividir a face grande em várias faces menores antes de atribuir uma thermal contact resistance (resistência térmica de contato) aos diversos pares.

Definir Thermal Contact Resistance

Para definir a thermal contact resistance (resistência térmica de contato):

  1. Em um estudo térmico, clique com o botão direito em Conexões e selecione Conjunto de contato.
    O PropertyManager de Conjunto de contato é exibido.
  2. Defina o Tipo como Resistência térmica.
  3. Em Faces, arestas, vértices para Conj. 1 , selecione as entidades desejadas associadas a um ou mais componentes.
  4. Em Faces para Conj. 2 , selecione as faces desejadas de outro componente.
  5. Selecione Resistência térmica e faça o seguinte:
    1. Defina Unidades com o sistema de unidades que você quer usar.
    2. Selecione Total ou Distribuído e insira um valor.
  6. Em Avançado, selecione Nó-superfície ou Superfície-superfície.
    A opção Nó-nó não permite especificar uma resistência térmica, pois os nós conectados das faces em contato terão a mesma temperatura (condução perfeita).
  7. Clique em .