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如何利用ANSYS Workbench构建模型初始变形?一文搞定

1月前浏览683

  作为一名结构CAE工程师,为了使仿真更加贴近实际,在仿真时经常遇到需要考虑模型初始变形的情况,但解决方案非常有限,那么如何能够在仿真时考虑结构的初始变形呢?本文使用ANSYS Workbench中的External Data功能,为大家给出解决方案。

1、External Data功能简介

  在结构分析和仿真中,我们经常需要根据特定的坐标位置来施加载荷。ANSYS Workbench作为一款强大的工程仿真软件,提供了多种载荷施加方式,其中External Data功能可以根据坐标映射方法施加载荷,非常适用于结构存在预应力、初始变形等场景。此功能为我们提供了一种灵活且强大的载荷施加方式,可以帮助我们更好地模拟实际情况,提高分析的准确性。

2、External Data使用方法简介  

  上面说过,External Data功能是基于坐标映射的方法实现载荷的加载的,因此在施加载荷之前,必须将模型划分成有限元网格,本文以简化模型为例对此功能进行说明。

(1)准备好结构模型,并完成网格划分

(2)导出网格节点  

  选中Static Structure,在菜单栏中将出现Environment选项,找到此选项中的Write Input File功能,将网格节点导出成.dat格式的文件,文件中下图位置的数据及为网格节点坐标,共四列,从做到右分别表示网格节点编号、节点x坐标、节点y坐标以及节点z坐标。

(3)制作节点坐标及载荷文件  

   删除.dat文件中除节点编号及节点坐标的其他信息,并进行保存。将此文件导入到Excel表格当中,删除节点编号列,并添加6个方向的应力值。此时文件中共包含9列数据,前三列为节点坐标,后6列为节点对应的应力(XX/YY/ZZ/XY/YZ/XZ)。如下图所示,将文件保存成.csv格式,以备导入。

(4)文件导入  

  将External Data模块添加到工作界面中,将.csv文件导入,并对坐标单位、应力单位等进行设置,如下图所示:

(5)载荷导入,生成初始变形  

   在工作台中将External Data的Setup与Static Structural中的Setup连接,完成数据传递。在Mechanical界面中右键点击Static Structural下的Imported Load,插入Initial Stress,将各应力分量与表格中一一对应,右键点击Imported Initial Stress-Import Load,即完成数据导入。接下来即可正常设置边界条件等,通过求解得到初始变形。如下:  

3、关于此方法的思考  

   大家可能已经注意到了,在制作载荷文件时,节点在各个方向上的应力分量是人为添加进去的,因此要使用此方法构建结构的初始变形,则需要知道各节点的受力情况,但这通常是未知的,这就为此方法的应用带来了限制。作者通过思考与实践,得到了一个较好的方法解决此问题,希望与各位读者进行讨论。  

   以上即为通过External Data功能构建结构初始翘曲的方法,希望本文能够帮助读者理解和掌握这一功能,且各位工程师可以在此基础上举一反三,为实际的工程分析和仿真提供帮助。  

   如果此文章能够帮到您,请不吝点赞及在看,并分享给更多需要的人。另外作者曾收到一些读者留言,但由于查看消息不及时导致无法回复,在此表示诚挚的歉意。为避免此问题再次发生,各位读者可添加作者微 信,有问题相互讨论,大家共同进步。  

 




来源:芯片封装设计与制造
MechanicalWorkbenchANSYS
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2024-10-26
最近编辑:1月前
陈皮糖
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一文学会Trace mapping仿真技术

在进行PCB或封装基板变形仿真的时候,你是否也遇到过这样的情况:只能按照材料体积等效的方法计算材料参数,无法考虑开口、挖空以及走线分布对于变形的影响。无法考虑铺铜的分布,导致仿真精度降低,不能对产品设计提供较好的指导。如果你也有类似的烦恼,那本篇文章将会解决你的问题——Trace mapping技术。 Trace mapping是一种基于材料映射的仿真技术,能够将PCB或封装基板中的走线及铺铜映射上去,考虑铜分布对于PCB或封装基板变形的印象,从而提高仿真精度。本篇文章将会对此方法进行介绍。 1、文件准备 使用Trace mapping技术,需要准备PCB或基板的ECAD文件,如.anf、.tgz或者.def格式文件,随着ANSYS版本的提高,已不再对.anf格式文件进行维护,但并不耽误使用此格式文件进行trace mapping的仿真。目前最新的trace mapping技术大多使用.def格式文件进行。在此需要提及的事,如果使用.def格式文件,就需要用到ANSYS的另一款软件:ANSYS Electronics Desktop。需要将基板设计文件导入到此软件中,并保存成.def文件。 本文使用ANSYS培训教程中提供的.tgz文件进行讲解,使用哪一种格式文件,对于结果来说并没有太大的区别。另外使用APD或Candance软件应该也可以导出所需格式的文件,但由于软件license限制,并没有进行尝试。 2、文件导入 将准备好的.tgz文件分别导入Geometry以及External Data模块,导入Geometry模块是为了生成PCB或基板的几何结构,导入External Data模块是为了将铺铜映射到PCB或基板中。生成的几何模型如下图所示,通过此功能可以将基板各叠层全部导入:3、前处理 将Geometry与External Data模块与Static Structure连接,完成输出传输,打开Mechanical后即可看到导入的几何模型。同时也会主要到在Materials的下方出现一个Imported Trace字样,这里即是进行trace 导入的部分。在进行trace mapping之前的赋予材料参数、划分网格等部分和正常的有限元仿真并无区别,在此不再赘述,只强调几点需要注意的地方: (1)Trace mapping是基于网格进行映射的技术,因此在进行trace导入之前必须完成网格划分,否则无法完成映射; (2)在给基板各层赋予材料的时候,Metal层不再使用copper进行赋值,而是赋予介电层的材料,因为在trace映射的时候,会把Cu映射上去; 4、Import trace 在此部分,软件会自动将铺铜映射到基板之中,我们需要把trace Materials全部设置成铜,并进行导入。完成导入后,走线将会以云图的形式显示在基板上,可以查看不同层的走线情况,如下图所示: 导入完成之后,还可通过Imported Data Transfer Summary来查看导入是否正确。5、计算及后处理 导入Trace之后,即完成走线的映射过程,之后即可进行PCB或基板的翘曲计算,或者也可将trace mapping技术应用到封装翘曲仿真之中。此方法可根据大家的聪明才智灵活使用,在此不再赘述。 6、结语 以上介绍了Trace mapping技术,希望大家看完之后能够有所收获。来源:芯片封装设计与制造

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