PropertyManager Interacción de componentes

Puede utilizar el PropertyManager Interacción de componentes para especificar las condiciones de interacción que controlan el comportamiento de los componentes seleccionados durante las simulaciones.

Las interacciones a nivel de componente anulan las interacciones a nivel global y la configuración de las interacciones locales anula las interacciones a nivel de componente. Para modificar o agregar una configuración de interacción, es necesario volver a realizar el mallado del modelo.

Antes de ejecutar el análisis, puede comprobar las áreas de interacciones (como unión rígida, contacto y libre) con PropertyManager Visor de interacción.

Tipo de interacción

Las opciones disponibles dependen del tipo de estudio:

Unión rígida Los componentes seleccionados se comportan durante la simulación como si estuvieran soldados.
Contacto Los componentes seleccionados no interfieren entre sí durante la simulación, independientemente de su condición de contacto inicial. De forma predeterminada, los sólidos no se cruzan entre sí si la deformación durante la simulación es suficiente para causar autointersección. Se aplica la formulación de contacto de superficie a superficie.
La opción de interacción de contacto para componentes no está disponible para estudios no lineales. Utilice el PropertyManager Interacciones locales para aplicar conjuntos de contactos locales entre entidades geométricas de componentes seleccionados.
Gratis Los componentes seleccionados pueden cruzarse entre sí durante la simulación. No utilice esta opción a menos que esté seguro de que las cargas no originarán interferencia entre los componentes. Este tipo de interacción anula las interacciones existentes a nivel de componente.
Aislado Evita el flujo de calor a causa de la conducción entre los componentes seleccionados.

Componentes

  Interacción global Seleccione el ensamblaje de nivel superior para aplicar una condición de interacción global. El tipo de interacción seleccionado se aplica a todos los componentes del ensamblaje.
Componentes para la interacción Seleccione los componentes para especificar sus condiciones de interacción. Puede seleccionar los componentes deseados el gestor de diseño del FeatureManager desplegable o en la zona de gráficos utilizando la herramienta Filtrar cuerpos sólidos en la barra de herramientas Filtro de selección.

Propiedades

Intervalo de separación para la unión rígida Especifica la distancia que permite que las entidades geométricas sean aptas para interacciones de unión rígida. El valor predeterminado del porcentaje de separación máxima es el 0,01 % de la longitud característica del modelo y se especifica en Opciones predeterminadas > Interacciones . Los componentes que tienen distancias superiores a este umbral no se unen a nivel de componente. Puede sobrescribir la distancia máxima predeterminada con un valor definido por el usuario.

Introduzca un valor muy pequeño en lugar de cero para la distancia máxima para asegurarse de que la geometría coincidente y con curva se une.

Es posible que deba aumentar la separación máxima especificada en una pequeña tolerancia para garantizar la aplicación de unión adecuada. Para verificar las áreas de interacciones (como unión rígida, contacto y libre), utilice PropertyManager Visor de interacción.
Calcular separación mínima Esta herramienta está disponible cuando selecciona dos componentes en Componentes para interacción para aplicar un contacto rígido.

Calcula la distancia mínima entre los dos componentes seleccionados.
Incluir unión rígida de arista de vaciado a pares de cara de sólido/vaciado y aristas (más lento) Crea conjuntos de contactos de unión rígida de arista a arista para pares de aristas ubicadas dentro de la distancia permitida para la unión rígida.
Los pares de aristas válidas de vaciados o sólidos de chapa metálica aptos para la unión son:
  • Aristas de vaciado rectas, paralelas, y que no interfieren (o casi paralelas dentro de un grado de tolerancia).
  • Aristas circulares que tienen el mismo radio, son concéntricas y no interfieren.
  • Aristas de vaciado (rectas o de arco) unidas a una cara de vaciado o sólida (plana o cilíndrica).
Intervalo de separación para tener en cuenta el contacto: Especifica la distancia que permite que las entidades geométricas sean aptas para el contacto. El valor predeterminado especificado en Opciones predeterminadas > Interacciones es 10 % de la longitud característica del modelo.
Estabilizar el área si el intervalo es: Aplica una pequeña rigidez a las áreas aptas para que el solver pueda superar problemas de inestabilidad e iniciar la simulación. El software aplica la estabilización de contacto a los componentes que tienen una distancia inicial dentro de un valor de umbral del 1 % de la longitud característica del modelo.

Puede personalizar las distancias permitidas que mejor se ajusten a sus modelos.
Coeficiente de fricción Especifica el coeficiente de fricción estática para el componente seleccionado. El rango permitido para el coeficiente de fricción es de 0 a 1,0.

Las fuerzas de fricción estáticas se calculan multiplicando las fuerzas normales generadas en las ubicaciones que entran en contacto por el coeficiente de fricción dado. La dirección de la fuerza de fricción es opuesta a la dirección del movimiento.

Avanzado

(Disponible para el tipo de interacción Unión rígida).

Aplicar nodos comunes entre límites en contacto Aplica la continuidad de la malla en los límites en contacto de los componentes seleccionados y encaja los componentes como un sólido. Solo los malladores basados en la curvatura y estándar son compatibles con esta opción.
Formulación de unión rígida Especifica la formulación de unión rígida para los componentes con mallas independientes.

Superficie a superficie

Esta opción es más precisa, pero más lenta. En el caso de un estudio de simplificación 2D, el solver aplica un contacto de unión rígida de arista a arista.

Nodo a superficie

Active esta opción para casos problemáticos cuando se solucionan modelos con muchas superficies en contacto. En el caso de un análisis de simplificación 2D, el programa aplica una unión rígida de nodo a arista.

Definir interacciones a nivel de componente

Puede utilizar interacciones a nivel de componente para modificar el tipo de interacción global predeterminado para los componentes seleccionados, por ejemplo, desde una condición de unión rígida global a una interacción de contacto. Las interacciones a nivel de componente anulan las interacciones a nivel global.

Para especificar el tipo de interacción para los componentes seleccionados:

  1. En el gestor de Simulación, haga clic con el botón derecho del ratón en el icono Conexiones y seleccione Interacción de componentes .
  2. En el PropertyManager, seleccione el tipo de interacción requerido: Unión rígida, Contacto o Libre.
  3. En Componentes , seleccione los componentes necesarios (piezas o sólidos) en el gestor de diseño desplegable del FeatureManager.
  4. Para la interacción Contacto, puede especificar el Coeficiente de fricción.
  5. Haga clic en .
    Aparece un icono de error al lado del icono de malla cuando se modifica o agrega una nueva condición de interacción después del mallado. El software vuelve a mallar el modelo automáticamente antes de ejecutar el estudio.

Resistencia a contacto térmico

La utilidad de la analogía entre el flujo de corriente eléctrica y el flujo de calor se manifiesta cuando se necesita una descripción satisfactoria de la transferencia de calor en la interfaz de dos medios conductores. Debido a las limitaciones del equipo, ninguna de las dos superficies sólidas forma un contacto perfecto cuando se las coloca juntas. Siempre existen diminutas separaciones de aire entre las superficies de contacto debido a las rugosidades.

A través de la interconexión entre las dos caras en contacto, existen dos modos de transferencia térmica. El primero es la conducción a través de puntos de contacto 'sólido a sólido' (Qconducción), el cual es muy efectivo. El segundo es la convección a través de las separaciones con contenido gaseoso (Qseparación) que, debido a su baja conductividad térmica, puede ser deficiente. Para tratar la resistencia a contacto térmico, se ubica una conductancia interfacial, hc, en serie con los medios conductores a ambos lados, según se muestra en la siguiente figura.

La conductancia hc es similar al coeficiente de transferencia de calor por convección y tiene las mismas unidades (W/m2 ºK). Si ΔT es la diferencia de temperatura a lo largo de una interfaz de área A, entonces la tasa de transferencia térmica Q viene dada por Q = A hc ΔT. Si se usa la analogía eléctrico-térmica, se puede expresar que Q = ΔT/Rt, donde Rt es la resistencia a contacto térmico y viene dada por Rt = 1/(A hc).

La conductancia interfacial, hc, depende de los siguientes factores:

  • El acabado de la superficie de las caras en contacto.
  • El material de cada cara.
  • La presión que hace que las superficies se junten.
  • La sustancia en las separaciones entre las dos caras en contacto.

La siguiente tabla muestra algunos valores típicos de la conductancia interfacial para acabados de superficie normales y presiones de contacto moderadas (1 a 10 atm). No se evacuan los separadores de aire a menos que se indique:

Resistencia térmica, RtérmicaX10-4 (m2.K/W)
 
Presión de contacto 100 kN/m2 10,000 kN/m2
Acero inoxidable 6-25 0.7-4.0
Cobre 1-10 0.1-0.5
Magnesio 1.5-3.5 0.2-0.4
Aluminio 1.5-5.0 0.2-0.4

La siguiente tabla enumera la resistencia al contacto térmico para interfaces metálicas en condiciones de vacío:

Caras en contacto Conductancia (hc) (W/m2 ºK)
Hierro/aluminio 45,000
Cobre/cobre 10,000 - 25,000
Aluminio/aluminio 2200 - 12000
Acero inoxidable/acero inoxidable 2000 - 3700
Acero inoxidable/acero inoxidable (separaciones evacuadas) 200 - 1100
Cerámica/cerámica 500 - 3000

Resistencia a contacto térmico - Ejemplo

En la industria electrónica, los chips habitualmente se encuentran unidos a los substratos mediante una capa fina de epoxi. Se producen situaciones similares en otras industrias. El modelado de una capa de epoxi como un componente individual requiere el uso de un tamaño de elemento muy pequeño que puede provocar un fallo en el mallado o una cantidad innecesaria de elementos.

Para considerar la resistencia térmica provocada por la capa de epoxi, no necesita modelar dicha capa. La resistencia al contacto térmico se implementa como una condición de contacto de superficie a superficie. Puede especificar la resistividad total o la resistividad por área unitaria.

Modelar la resistencia al contacto térmico

Hay dos maneras de modelar la resistencia al contacto térmico:
  • Puede optar por no tener en cuenta la capa fina de epoxi al crear la geometría. En otras palabras, las caras de los componentes separados por la capa fina en realidad se tocarán en el modelo.
  • Puede tener en cuenta la capa fina de epoxi al crear la geometría. En este caso, habrá una separación entre las caras del contacto térmico. Cuando utilice este método, deberá considerar dos puntos:
    • Los resultados son más precisos cuando la distancia entre las dos caras del contacto es menor o igual al tamaño del elemento en el entorno. El ejemplo que sigue podría brindar resultados imprecisos.

    • Si bien no es necesario, la división de las caras para un equilibrio adecuado del contacto térmico optimiza la precisión.

  • Para especificar diferentes resistencias térmicas entre una cara grande y una cantidad de caras pequeñas, debe dividir primero la cara grande en una cantidad de caras pequeñas antes de asignar una resistencia al contacto térmico para diferentes pares.

Definir la resistencia a contacto térmico

Para definir la resistencia al contacto térmico:

  1. En un estudio térmico, haga clic con el botón derecho del ratón en Conexiones y seleccione Contacto.
    Aparece el PropertyManager Contacto.
  2. Establezca el Tipo en Resistencia térmica.
  3. En Caras, aristas o vértices para Set 1 , seleccione las entidades deseadas asociadas con uno o más componentes.
  4. En Caras para Set 2 , seleccione las caras deseadas de otro componente.
  5. Seleccione Resistencia térmica y realice lo siguiente:
    1. Establezca Unidades en el sistema de unidades que desee.
    2. Seleccione Total o Distribuida e introduzca un valor.
  6. En Avanzado, seleccione Nodo a superficie o Superficie a superficie.
    La opción Nodo a nodo no permite especificar una resistencia térmica ya que los nodos conectados de caras en contacto tienen la misma temperatura (conducción perfecta).
  7. Haga clic en .