零組件互動 PropertyManager

您可以使用零組件互動 PropertyManager 來指定互動條件，可控制模擬期間所選零組件的行為。

零組件層級的互動會取代整體層級的互動，而局部互動設定則會取代零組件層級的互動。 修改或加入互動設定需要重新產生模型的網格。

執行分析之前，您可以用互動檢視器 PropertyManager 來確認互動區域 (例如結合、接觸和自由)。

互動類型

可用的選項視研究類型而定：

結合 所選零組件在模擬期間的行為，如同熔接時一般。
接觸 所選零組件無論其初始接觸條件為何，在模擬期間皆不會互相干涉。 根據預設，如果模擬期間的變形足以造成自相交錯，本體本身不會相交。 已套用曲面對曲面接觸公式。
零組件的接觸互動選項不適用於非線性研究。 使用局部互動 PropertyManager 在所選零組件的幾何圖元之間套用局部接觸組。
免費 所選零組件在模擬期間可彼此相交。 除非您確定該負載不會造成零組件的干涉，否則請勿使用此選項。 此互動類型會取代現有的零組件層級互動。
絕緣 避免所選零組件之間因傳導而產生熱流動。

組成

  整體互動 選擇最上層組合件來套用整體互動條件。 所選互動類型適用於組合件的所有零組件。
互動的零組件 選擇零組件來指定其互動條件。您可以從快顯 FeatureManager (特徵管理員) 設計樹狀結構中選擇必要零組件，或在圖面中使用 選擇濾器 工具列上的 過濾實體 工具來選擇。

屬性

結合的縫隙範圍 指定允許幾何圖元符合結合互動的餘隙。最大縫隙百分比是模型特徵長度的 0.01 %，這是在 預設選項 > 互動 中指定的。餘隙大於此閾值的零組件不會在零組件層級結合。您可以使用使用者定義值覆寫預設最大餘隙。

為最大餘隙輸入不為零的極小值，以確保曲線、重合幾何的結合正確。

您可能需要將指定的最大縫隙增加一個小公差，以確保正確強制執行結合。若要確認互動區域 (例如結合、接觸和自由)，請使用 互動檢視器 PropertyManager。
計算最小縫隙 當您在互動的零組件中選擇兩個零組件來套用結合接觸時，就可使用此工具。

計算兩個所選零組件之間的最小距離。
包含配對自薄殼邊線至實體面/薄殼面和邊線配對組 (較慢) 針對位於結合可允許餘隙內的邊線配對組，建立邊線對邊線結合的接觸組。
符合結合條件的薄殼或板金本體的邊線有效配對組包括：
  • 直線、平行及無干涉薄殼邊線 (或公差在一度內、幾乎平行)。
  • 具相同半徑且為同軸心、無干涉的環狀邊線。
  • 結合至實體或薄殼面 (平坦或圓柱) 的薄殼邊線 (直線或圓弧)。
考量接觸的縫隙範圍： 指定允許幾何圖元符合接觸條件的餘隙。 在預設選項 > 互動中指定的預設值，為模型特徵長度的 10%。
若縫隙符合以下條件，請穩定該區域： 將小勁度套用至合格區域，讓求解器可以克服不穩定的問題並開始模擬。 對於初始餘隙介於模型特徵長度閾值之 1% 以內的零組件，軟體會將接觸穩定化套用至該零組件。

您可以自訂允許的餘隙，以更加符合模型的需求。
摩擦係數 指定所選零組件的靜態摩擦係數。 摩擦係數的允許範圍為 0 至 1.0。

靜態摩擦力的計算方式，是將依指定摩擦係數進行接觸的位置所產生的正向力相乘。 摩擦力的方向與動作方向相反。

進階

(可用於結合互動類型)。

強制執行相互接觸邊界之間的共同節點 在所選零組件的接觸邊界上強制執行網格連續性，並將零組件網格化成為一個本體。 只有基於曲率及標準的網格產生器支援此選項。
結合公式 指定獨立產生網格的零組件結合公式。

曲面對曲面

此選項較精確，但速度較慢。 針對 2D 簡化研究，求解器會套用邊線對邊線的結合。

節點對曲面

如果具有複雜接觸曲面的模型進行求解時發生效能問題，可選取此選項。 針對 2D 簡化分析，程式會套用節點對邊線的結合。

定義零組件層級互動

您可以使用零組件層級互動來修改所選零組件的預設整體互動類型，例如：從整體結合條件修改為接觸互動。 零組件層級互動會取代整體層級互動。

若要指定所選零組件的互動類型：

  1. 在 Simulation 研究樹狀結構中，用滑鼠右鍵按一下連線 圖示，然後選取零組件互動 。
  2. 在 PropertyManager 中，選擇所需互動類型、結合、接觸或自由。
  3. 在零組件 之下，從快顯 FeatureManager (特徵管理員) 設計樹狀結構中選擇所需零組件 (零件或本體)。
  4. 若為接觸互動，您可以指定摩擦係數。
  5. 按一下 。
    產生網格後，當您修改或加入新的互動條件時，即會在網格圖示旁出現錯誤圖示 。 本軟體會先自動重新產生模型的網格，然後再執行研究。

熱接觸阻力

當需要完整描述兩傳導介質介面的熱傳遞時，電流及熱流的類比就變得很有用。基於機械加工的限制，當兩實體表面接觸時，無法構成完美接觸。因為兩接觸面並非完全光滑，所以兩者間總會有些微的間隙。

透過兩接觸面間的介面，形成兩種熱傳遞模式。 第一個是透過實體與實體間接觸點的傳導 (Qconduction)，此種方式十分有效。 其次是透過充滿氣體之間隙間的對流 (Qgap)，由於此種方式的熱傳導率低，所以效果不彰。 為處理熱接觸阻力，我們將介面傳導係數 hc 置於兩端傳導介質中間，如下圖所示。

傳導係數 hc 類似於對流熱傳導遞係數，並具有相同單位 (W/m2 ºK)。如果 ΔT 為面積 A 介面的溫差，而熱傳遞速率 Q 的計算公式為 Q = A hc ΔT。利用電流－熱流的類比，您就可寫出 Q = ΔT/Rt，其中 Rt 為熱接觸阻力，其計算公式為：Rt = 1/(A hc)。

介面傳導係數 hc 則視下列係數而定：

  • 接觸面的表面平滑度。
  • 每個面的材料。
  • 將兩表面推合在一起的壓力。
  • 兩接觸面之間間隙的物質。

下表列出垂直表面光滑度的介面傳導係數及適當接觸壓力 (1 到 10 atm)。除非另行標明，空氣間隙並未排除：

熱阻力，RthermalX10-4 (m2.K/W)
 
接觸壓力 100 kN/m2 10,000 kN/m2
不?袗? 6-25 0.7-4.0
銅 1-10 0.1-0.5
鎂 1.5-3.5 0.2-0.4
鋁 1.5-5.0 0.2-0.4

下表列出在真空狀況下，金屬介面間的熱接觸阻力：

接觸面 傳導係數 (hc) (W/m2 ºK)
鐵/鋁 45,000
銅/銅 10,000 - 25,000
鋁/鋁 2200 - 12000
不?袗?/不?袗? 2000 - 3700
不?袗?/不?袗? (排除間隙) 200 - 1100
陶瓷/陶瓷 500 - 3000

熱接觸阻力 - 範例

在電子業界，一般常藉由薄層的環氧樹脂將晶片與基板接合。其他產業也有類似這樣的情形。將環氧樹脂層塑模為單獨的零組件需使用極小的元素大小，而這會造成網格化失敗或大量的多餘元素。

要考量環氧樹脂層所引起的熱阻力，您不需要為其塑模。熱接觸阻力即是為此而建置的曲面對曲面接觸條件。您可以指定總阻力係數或每單位面積的阻力係數。

熱接觸阻力塑模

熱接觸阻力的塑模方式有兩種：
  • 產生幾何時忽略薄層的環氧樹脂。換句話說，實際上由該薄層所隔開的零組件上的面，在模型中會變成相互接觸。
  • 產生幾何時考量到環氧樹脂薄層。在此狀況中，熱接觸面之間會有縫隙存在。採用此方法時，需考量以下兩點：
    • 當兩個接觸面的間隙小於或等於鄰近的元素大小時，結果最準確。以下範例提供的結果可能不準確。

    • 將面分割成適當的熱接觸配對組，雖無絕對的必要性，但能夠增進準確性。

  • 若要在一個較大的面和數個較小的面之間指定不同的熱阻力，您必須先將較大的面分割成數個較小的面，再針對各個配對組指定熱接觸阻力。

定義熱接觸阻力

定義熱接觸阻力：

  1. 在熱研究中，用右鍵按一下連接 ，然後選擇接觸配對組。
    接觸配對組PropertyManager 出現。
  2. 設定類型為熱阻力。
  3. 在組 1 的面、邊線、頂點 中，選擇與一或多個零組件相關的所需圖元。
  4. 在組 2 的面 中，選擇另一個零組件上所需的面。
  5. 選擇熱阻力，然後進行下列操作：
    1. 將單位 設定為所需的單位系統。
    2. 選擇總計或分佈並輸入一個值。
  6. 在進階之下，選擇節點對曲面或曲面對曲面。
    節點對節點 選項不允許您指定熱阻力，以免接觸面相連的節點變成相同溫度 (完全傳導)。
  7. 按一下 。