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COSMOS热分析(四)在热分析中使用设计验证

时间:2010-11-14 23:44:31 来源:
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COSMOSWorks热分析案例介绍1

接下来介绍一些使用COSMOSWorks的热分析和结构分析解决实际设计挑战中的案例。

散热肋片的大小

散热肋片的设计 散热片的设计必须具备一定的冷却效果,使得芯片的温度保持在400K以下。散热片下面有个固定板,由于散热片和固定板之间存在热阻层,因此固定版的冷却 效果可以忽略不计。

对一个高度为20mm初始设计散热肋运行一个热分析,散热肋片的温度分为461K (图22高)。增加散热肋片的高度到40mm后其温度减小为419K,同样无法满足设计要求(图22),通过第三次设计修改,将散热肋片高度增加到60mm,其分析结果可以满足产品的设计要求400K,这个散热片的温度 结果是我们可以接受的(图22)。

图 22 带有三个配置的散热片

在这个分析中,对流系数是十分重要的,我们可以在材料库中或者其它资料中查找到,不同材料的对流系数,另外,如果想要研究散热片同各国周围空气的流动 而带走的热量,必须使用COSMOSFloWorks进行流体分析。

设计一个加热元器件

一个内部镶嵌有热线圈的铝盘,m 型的加热线圈(图23所示)的成本比较低,但是 通过热分析发现,m 型加热线圈它使得铝盘的温度分布十分不均匀如图23所示。

图 23 铝盘内一个简单的加热元件设计

当加热线圈设计修改为螺旋形时的分析结果如图24所示, 分析结果说明螺旋形的加热线圈使得铝板的温度比较均匀。(图24)

图 24 更改设计的加热线圈温度分布更加均匀

聚光灯罩的热应力分析

当一个聚光灯(图17)被完全固定住(图25),由于受热产生的膨胀被约束限制,因此在聚光灯的灯罩产生一定的热应力。

热应力的分析需要将热分析和结构分析结合起来使用。将图25的温度分析结果输入到结构分析算例中进行热应力分析。通过分析验证可以判断铝制灯罩的热应力是否会超过它的屈服强度。图25所示的应力云图显示,灯罩红色区域的应力已经超过了他的屈服强度。应力分析结果说明灯罩在工作的时候会产生屈服变形。

热分析案例介绍

图 25 聚光灯被固定如图(上),稳态温度分布如图(中)红色区域的应力超过了屈服强度如图(下)

注意:这个案例中热应力的产生不是因为灯罩的不均匀温度分布,而是因为 固定约束限制了灯罩由于受热而产生的自由膨胀,而且我们发现这个案例中 没有施加任何外部载荷。


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