基于有限元分析的电子部件热应力仿真方法

ＡｂｔａｔＢｅｎａｅｔｈｕｓｉｎｔａａ＇ｒａｉｈｅｓｎｏｕｅｅｅｔｏｉｃｍｐｎｎｓｆｉｒｎｓｒｃ：ｉｇｆｃｄｗｉｔｅｑｅｔｔｗｅｃｎｔｅｌｅｔｅｒａｏｆｚｌｃｒｎｃｏｏｅｔａｌｅａｄｈｏｈｚｆｕ
刘维维张亚李波何荣华苏步鹏，，，，
（．１中北大学机电工程学院，山西太原００５；．６４３０１２６４０部队，河北石家庄００８）５０１
失效的原因及其失效过程的不足，提
出基于ＣＭ０ｗ０ＲＯＳＳＫＳ有限元分析软件的引信电子部件热应力仿真方法。该方法是热结构的耦合运算，包括热分析和热应力分析。首先根据温度循环试验剖面图定义参数，包括分析类型和选项、材料属性、施加载荷和约束，划分网格，然后应用软件的热分析功能求解在一定边界条件下的温度场，将温度场的计算结果作为热载荷再进行热应力仿真，求解热应力应变分布。快速温变循环强化试验表明：真结果符合实际，仿通过热应力
仿真能够直观快速地发现引信电子部件的失效原因，了解失效过程，解决引信可靠性承受快速温变能力差的问
题，为分析引信电子部件的热失效机制、优化其结构、提高引信可靠性提供了理论依据。
关键词：引信；电子部件；热应力仿真；可靠性
中图分类号：Ｊ３文献标志码：文章编号：０８１９（０１０－４－Ｔ４Ａ１０—１４２１）２０５６００
ＴｈｒａｔｅｓＳｍｕａｉｎｏｚｅｔｏｉｍｐｎｎｔｅｍｌＳｒｓｉｌｔｏｆＦｕｅＥｌｃｒｎｃＣｏｏｅｓ
ＢａｅｎＦｉｉｅＥｉｍｅｓｄｏｎｔｅｎｔＡｎａｙｉｌｓｓ
ＬＩＷｅｗｅ，ＺＨＡＮＧ，ＵｉｉＹａＬＩ］ｏ，３ＨＥｎｇａ，ＵｐｎｇＲｏｈｕＳＢｕｅ。
ｔｅｆｉｒｒｃｓｌａｌｅｅｐｒｔｒｈｎｅａｉｌｒｃｉａｉｕｉｅｆｉｌｍｅｔａａｙｉｓｆ — ｈａｌｅｐｏｅｓｃｅｒｙｗｈｎｔｍｅａｕｅｃａｇｓｒｐｄｙｉｐａｔｃｌｙ，ｓｎｔｉｔｅｅｎｎｌｓｓｏｔｕｎｔｇｈｎｅｗａｅＣＯＳＯＳＯＲＫＳｔｏｔｅｍａｔｅｓｓｍｕａｉｎｏｌｃｒｎｃｃｍｐｎｎｓＴｈｓｍｅｈｄｉｏｅｔｓｒｃｒＭＷｏｄｈｒｌｒｓｉｌｔｎｅｅｔｏｉｏｏｅｔ．ｉｔｏｓｆｈａｔｕ－ｓｏｔｒｌｏｐｉｇｏｅａｉｎｎｌｄｎｈｒａｎｌｓｓａｄｔｅｍａｔｅｓａａｙｉ．ｉｔｔｗａｏｄｆｅｐｒｍ— ｕａｕｌｐｒｔｏｓｉｃｕｉｔｅｍｌａｙｉｎｈｒｌｒｓｎｌｓｓＡｔｆｓ，ｉｃｎｇａｓｒｓｔｅｉａａｎｅｅｓａｃｒｉｇｔｅｔｍｐｒｔｒｙｌｇｔｓｅｔｏｃｕｉｇａａｙｉｉｇｔｐｎｐｉｎ，ｔｒａｒｐｒｉｓｅ — ｔｒｃｏｄｎｈｅｅａｕｅｃｃｉｅｔｃｉｎｉｌｄｎｎｌｓｓｎｙｅａｄｏｔｎｓｎｏｍａｅｉｌｏｅｔｅ，ｘｐｅｔｇｌａｎｏｓｒｉｔｄｖｄｎｈｒ．ｅａｐｉｄｔｅｔｅａｎｌｓｓｆｎｔｎｔｏｖｍｐｒｔｒｉｌｒｉｄａｄｃｎｔａｎ，ｉｉｉｇｔｅｇｉＴｈｎ，ｐｌｈｒｌａｙｉｕｃｉｏｓｌｅｔｎｏｄｅｈｍａｏｅｅａｕｅｆｄｅｉｅｔｉｏｎａｙｃｎｉｉｎｎａｒｅｕｈｈｒａｔｅｓｓｕａｉｎｔｏｖｈｒａｔｅｓａｄｓｒｉｎｃｒａｎｂｕｄｒｏｄｔｓａｄｃｒｉｄｏｔｔｅｔｅｏｍｌｓｒｓｉｌｔｏｓｌｅｔｅｍｏｍｌｓｒｓｎｔａｎｄｓｒｂｔｎｕｉｇｔｅｔｍｐｒｔｒｉｌａｃｌｔｏｅｕｔｓｔｅｍａｏｄｎ．ｐｄｔｍｐｒｔｒｈｎｅｃｃｅｉ — ｉｔｉｕｉｓｎｈｅｅａｕｅｆｅｄｃｌｕａｉｎｒｓｌｓａｈｒｌｌａｉｇＲａｉｅｅａｕｅｃａｇｙｌｏｎｔｎｉｉｇｔｓｈｗｅｈｔｔｅｓｍｕａｉｎｒｓｌｃｏｄｄｗｉｈｔｅｓｔａｉｎｏｅｌｙＴｈｏｇｈｈｒｌｅｓｆｎｅｔｓｏｄｔａｈｉｌｔｅｕｔａｃｒｅｔｈｉｔｆｒａｉ．ｒｕｈｔｅｔｅｍａｙｏｓｕｏｔｓｒｓｉｌｔｎ，ｏｌｉｄｔｅｆｉｒａｓｎｒｃｓｕｃｌ，ｎｈｎｔｏｖｈｏｒｒｌｂｌｙｏｕｅｔｅｓｓｍｕａｉｗｅｃｕｄｆｈａｌｅｃｕｅａｄｐｏｅｓｑｉｋｙａｄｔｅｓｌｅｔｅｐｏｅｉｉｔｆｚｏｎｕｏａｉｆｕｄｒｒｐｄｔｍｐｒｔｒｈｎｅＴｈｉｌｔｏｒｖｄｄｔｅｒａｉｏｎｌｓｎｈａｌｒｃａｉｍｆｔｅｎｅａｉｅｅａｕｅｃａｇ．ｅｓｍｕａｉｎｐｏｉｅｈｏｙｂｓｓｆｒａａｙｉｇｔｅｆｉｅｍｅｈｎｓｏｈｕｆｚｌｃｒｎｃｃｍｐｎｎｓｏｔｚｎｔｔｕｔｒｎｍｐｏｉｇｆｚｅｉｂｌｙｕｅｅｅｔｏｉｏｏｅｔ，ｐｉｉｇｉｓｒｃｕｅａｄｉｒｖｎｕｅｒｌｉｔ．ｍｉｓａｉ
（．ｈｎｂｉｉｅｓｙＣｌｇ＆ＭｅｈｔｎｓＥｇｎｅｉｇＤｐｒｎ，ｉａ３０１Ｃｉａ１ＺｏｇｅＵｎｖｒｉｏｌｅｔｅｃａｒｉｎｉｅｒｅａｔｔＴａｕｎ００５，ｈｎ；ｏｃｎｍｅｙ２Ｕｎｔ６４，ｈｊｚｕｎ５０１Ｃｉａ．ｉ６４０Ｓｉａｈａｇ００８，ｈｎ）ｉ
第３３卷第２期２１年４月０１
探测与控制学报
ＪｕｎｌｆＤｅｅｔｎ＆Ｃｏｔｏｏｒａｔｃｉｏｏｎｒｌ
ＶｏＩ３．．３ＮＯ２
Ａｏｒ２１１．０
基于有限元分析的电子部件热应力仿真方法

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基于有限元的车载电路板多场热应力分析

第３０卷第６期
２０１７年１２月
武
汉
Байду номын сангаас
纺
织
大
学
学
报
Ｖｌ０ｌ－３０ＮＯ．６Ｄｅｃ．２０１７
Ｊ０ＵＲＮＡＬ０ＦＷＵＨＡＮＴＥＸＴＩＬＥＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ
基于有限元的车载电路板多场热应力分析
１研究对象与有限元模型
本文中有限元模型实体来源于某品牌轿车发动机模块中的一部分，位于发动机和驾驶室之间。如图１所示，印制电路板长１７３ａｒｍ，宽１１２ｍｍ，厚度２ｍｍ，电路板上主要有两个边长分别为１５ｍｍ和２２ａｒｍ的正方形芯片，和若干长方形小芯片。具体电路板组件模型和芯片的编号如图２所示。该电路板由印制电路板基板、硅芯片、电容和电线能元件构成。其中主要的发热和受热影响的是芯片，电容和电线因其功耗较小，故忽略不计。为了提高分析计算的效率，在有限元建模时将电路板中功率较大，发热较高的芯片保留下来。
关键词：车载电路板；热载荷；芯片；热应力
中图分类号：ＴＮ３０６文献标识码：Ａ文章编号：２０９５ —４１４Ｘ（２０１７）０６ —００７６— ０５
Ｏ引言
车载电子与机载电子在服役过程中，不可避免地会遭受高温、振动、潮湿等恶劣环境的影响。根据美国ＡｉｒＦｏｒｃｅＡｖｉｏｎｉｃｓＩｎｔｅｇｒｉｔｙＰｒｏｇｒａｍ的统计数据所列举出的影响电子设备可靠性的主要环境因素中，温度

红外焦平面探测器热应力的有限元仿真方法分析

第50卷第4期2020年4月激光与红外LASER&INFRAREDVol.50,No.4April,2020文章编号：1001-5078(2020)04-0429-06-红外技术及应用•红外焦平面探测器热应力的有限元仿真方法分析李雪梨，张磊,付志凯(华北光电技术研究所，北京100015)摘要：以64x64红外焦平面探测器为例，构建了包含探测器芯片、铟柱、填充胶和读出电路的全尺寸有限元仿真模型，与探测器芯片、填充层和读出电路的简化模型进行对比。

研究表明，两种模型在芯片热应力的变化趋势上保持一致。

由于铟材料与碲镉汞材料之间的热膨胀系数相差较大，随着芯片尺寸的增大，铟柱的影响逐渐增加，填充层简化模型计算得到的芯片热应力与全尺寸模型的热应力的差距会越来越大。

关键词：焦平面探测器;热应力；有限元分析中图分类号:TN215文献标识码:A DOI：10.3969/j.issn.1001-5078.2020.04.008Analysisonfinie%%lm%nem%ehodofeh%rmalser%sfor infrared focal plane detectorLI Xue-li,ZHANG Lei,FU Zhi-kai(North China Research Ins/tute of Electro-Optics, Beijing100015,China)Abstraci:A full-scale simulation model of64x64infrared focal plane detector was established in this paper,which includes chij,indium bumps,underfill and readout circuit,to compare with a simplified simulation model including chip,mixed underfill layer and r eadout circuit.Results show that the two models are consistent in the trend of chip thermal stress within a certain range.As the thermal expansion coefficients of indium and HgCdTe are quite ddferent, the effect of indium bumps increases with the increase of chij size,and the gap of chip thermal stress between the simplified model and full-scale model will alse be laraer and laraer.Keywords:focal plane detector；thermal stress；finite element analysis1引言红外焦平面探测器自20世纪90年代发展起来后，由于其灵敏度高、环境适应性好、抗干扰能力强等优点，被广泛地应用于国防安全、环境监测、工农业生产等各个方面。

毕业设计(论文)换热器热应力耦合及有限元ansys分析

摘要换热器是传热工程必不可少的设备，几乎一切工业领域都要使用。

化工,冶金，动力，交递，航空与航天部门应用尤为广泛。

在底部有热源作用的散热片，主要通过传导与对流进行热交换。

为保证散热片的散热性能达到设计的要求，从而避免电子产品因过热而造成损坏，就需要对其进行热分析，计算在实际工况下的温度分布，校核其散热性能。

因此，对换热器进行热应力耦合分析具有十分重要意义。

传统方法的热分析其温度变化必须是非常的缓慢，而且在升降温过程中的不易控制，难以正确校核其散热性能。

随着计算机技术的发展，使得有限元法有着突飞猛进的进展。

结合计算机辅助设计技术，有限元法也被用于计算机辅助制造中。

ANSYS的热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，正确模拟散热片的工况，通过有限元法计算各节点的温度分布，并由此导出其他热物理参数，为散热片的设计选材提供合理的参数，使产品的研发更加快速、高效和经济。

关键词：换热器；有限元；ANSYS；散热片Heat exchanger coupled thermal stress analysisAbstractHeat transfer engineering is essential equipment to be used almost all industrial fields. Chemical, metallurgical, power, handoff, application of aviation and aerospace sector is particularly extensive. In the bottom of the heat sink effect, mainly through conduction and convection heat exchange. To ensure the heat sink thermal performance to meet the design requirements, so as to avoid overheating of electronic products due to damage to its thermal analysis requiredto calculate the temperature distribution in the actual conditions, check the heat dissipation. Therefore, thermal stress coupled heat exchanger analysis is of great significance. Traditional methods of thermal analysis the temperature change must be very slow, and in heating and cooling process difficult to control, difficult to properly check its thermal performance. With the development of computer technology, finite element method has made rapidprogress. Combined with computer-aided design,finite element method is also used in computer-aided manufacturing. ANSYS thermal analysis is based on the principle of conservation of heat energybalance equation, the correct simulation of the heat sink conditions, the finite elementmethod to calculate the temperature distribution of each node, and thus other thermalphysical parameters derived for the design of heat sink to provide a reasonableselection of parameters Make product development more rapid, efficient and economical.Key Words：Heat control；Finite element；ANSYS；Heatsink目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论............................ .. (1)1.1 引言 (1)1.2 计算机仿真技术的发展 (1)1.3 热分析方法的选择 (2)第二章课题相关知识介绍 (4)2.1散热片知识 (4)2.1.1散热片的材质比较 (4)散热片结构的设计 (4)2.2有限元分析理论与ANSYS (6)有限元分析理论 (6)有限元常用术语 (7)架构及命令 (7)分析典型过程与功能 (8)2.2.5 国内外发展状况 (9)有限元热分析原理 (9)第三章ANSYS三维模拟计算过程 (13)3.1 散热片模型及几何尺寸 (13)3.2 ANSYS有限元分析进程 (14)环境简介 (14)的建模过程 (15)操作条件的确定 (15)边界条件的确定 (15)计算结果与分析 (16)第四章结论 (21)谢辞 (22)参考文献 (23)附录：散热片模型建模程序 (24)第一章绪论1.1 引言热分析主要用于计算一个系统或部件的温度分布及其他热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度（热通量）等。

基于MATLAB平台有限单元法的铸造热应力数值模拟

ｏｌｌｔｈｅＭＡＴＬＡＢｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄＦＤＭ／ＦＥＭｍｅｔｈｏｄ
节点自由度向量。
单元几何关系：
占＝兄Ⅱ
（２）
式中：占为单元应变，￡为单元几何微分算子。
单元本构关系：
ｏ＝／ｒ（８一ｓｏ）
（３）
式中：ｏｒ为单元应力，伊为单元弹性矩阵，ｓ。为等效初
应变（本构关系在考虑温度变化的情况下，温度产生
和数组运算以及面向对象编程的能力，而且拥有效率高、易学易用、使用方便、可扩充性强、移植性好等优点。用有限元法求解热应力场，求解的关键在于大型刚度矩阵的组装和大型线性方程组的求解。ＭＡＴＬＡＢ强大的矩阵和数组计算能力，对于处理有限元中刚度矩阵的集成以及大型线性方程组的求解，有着其他编程语言难以比拟的优势——简洁、准确而且高效。因此，通过ＭＡＴＬＡＢ内置的强大的矩阵计算和大型线性方程组求解的能力，可以迅速地开发出基于有限元法的热应力场计算模型。同时，作为一种数学编程语言ＭＡＴＬＡＢ直观易学，其代码非常符合人们的思维习惯，被称为“演算纸式”编程语言，因此以ＭＡＴＬＡＢ开发程序，具有掌握快、开发迅速、调试简便等一系列优点。故使用ＭＡＴＬＡＢ作为有限元热应力模拟程序开发语言，对于探索正确的开发思路，提高开发效率，缩短开发周期，有着重要的意义。１．２研究技术路线
本文基于热弹塑性力学模型进行铸件热应力场分析。首先生成铸件模型的ＳＴＬ文件，并将其导人华铸ＣＡＥ，进行铸件温度场模拟，得出铸件温度场文件。同时，将三维造型的ＳＴＬ文件导人自主开发的有限元前处理程序，进行有限元网格剖分，得到包含有限元网格几何信息的几何文件。然后，将由华铸ＣＡＥ得到的铸件温度场文件作为温度载荷，联合铸件有限元网格几何文件、铸件高温力学参数文件、铸件力学边界条件一同导人基于ＭＡＴＬＡＢ平台开发的有限元法热应力场计算核心程序，经计算得到包含每个节点三个主应力和等效应力的铸件应力场文件。最后，通过自主开发的后处理程序，以三维图像色标的形式，将铸件整体变形和铸件上各点的等效应力显示出来，从而得到了铸件的形变和热应力场。所采用的技术路线如图１所示。

基于有限元法的MEMS加速度计热应力分析

（．江大学信息与电子工程学系，州３０２；．江大学航空航天学院，１浙杭１０７２浙杭州３０２）１０７摘要：残余应力对ＭＥＭＳ器件的力学性能、可靠性和寿命都有较大的影响。基于ＭＭＳ电容式加速度计，Ｅ采用热结构耦合
ｉｒｖｍｅｕｇｅｔｏｏｈｒｃｓｒｕｏｗａｄ，ｉｈｃｎｐｏｉｅｅｅｃｒｔｅｐｒｅｔｏｆｔｅａｃｌｍｐｏｅｎｔｓｇｓｉｎｓｆｒｔｅｐｏｅｓａｅｐｔｆｒｒｗｈｃａｒｖｄｅｒｆｒｎｅｆｈｅｆｃｉｎｏｈｃｅ — ｏｅｏｔｒｔｍｐｒｔｅｃｍｐｎａｉｎｍｏｅｎｄｒｄｓｇｆｔｅａｅｌｒｍｅｅ．ｒｍｅｅｅｅａｕｒｏｅｓｔｏｄｌａｅｅｉｎｏｈｅｅｅｏｔｒＫｅｏｄｓ：ＥＭＳ；ＥＭ；ｃｅｅｏｔｒｔｅｍａｔｅｓｙｗｒＭＦａｃｌｒｍｅｅ；ｈｒｌｓｒｓ
ＥＡＣ７３ＥＣ：２０
ｄｉ１．９９ｊｉｎ１０ — ｓ．０４１９．０２０．１ｓ
基于有限元法的ＭＥＭＳ加速度计热应力分析术
游侠飞吴昌聚，阳明金仲和，郑，
ｔｅｍａｔｅｓｈｖｅｎｓｍｕａｅｎｎａｙｅａｄｃｍｐｒｄｗｉｈｘｅｉｎａｅｕｔ．ｈｅｕｔｈｗｈａｈｒｌｓｒｓａｅｂｅｉｌｔｄａｄａｌｚｄ．ｎｏａｅｔｔｅｅｐｒｍｅｔｌｒｓｌｓＴｅｒｓｌｓｓｏｔｔｈ

基于有限元分析的电力设备热仿真模型研究

基于有限元分析的电力设备热仿真模型研究1. 引言电力设备的热仿真模型研究对设备的可靠性和性能优化具有重要意义。

本文将基于有限元分析方法，探讨电力设备热仿真模型的研究，以及其在实际工程应用中的价值。

2. 有限元分析方法2.1 有限元分析原理有限元分析是一种以有限单元法为基础的数值计算方法，通过将复杂结构分解为多个简单的有限单元，以近似的方式来模拟实际的物理过程。

2.2 有限元分析在电力设备热仿真中的应用有限元分析在电力设备热仿真中被广泛应用，可以用于模拟电力设备内部的温度分布、热传导以及热辐射等过程，从而帮助工程师优化设备的散热设计和材料选择。

3. 电力设备热仿真模型的建立3.1 设备几何模型的建立在建立电力设备的热仿真模型时，首先需要将设备的几何形状进行建模。

可以使用CAD软件进行三维建模，或者根据设备的尺寸和形状进行简化建模。

3.2 材料参数的设定热仿真模型的准确性与材料参数的设定密切相关。

材料参数包括热导率、比热容、密度等，可以通过实验测试或者文献调研来获取。

3.3 边界条件的设定边界条件是指在热仿真模型中设定的温度边界和热流边界。

通过合理设定边界条件，可以模拟实际工况下的热传递过程。

4. 电力设备热仿真模型的求解4.1 传热方程的建立电力设备的热仿真可以根据传热方程来描述。

常见的传热方程包括热传导方程、热对流方程和热辐射方程等。

4.2 有限元离散化将传热方程进行离散化得到一组代数方程，然后通过求解这组代数方程得到设备内部的温度分布。

4.3 仿真结果分析利用有限元分析软件进行仿真计算后，可以对仿真结果进行分析，如温度分布图、热流分布图等，以评估设备的散热性能。

5. 电力设备热仿真模型的应用电力设备的热仿真模型广泛应用于实际工程中，具体包括设备散热设计优化、设备性能预测、故障诊断等方面。

5.1 设备散热设计优化基于热仿真模型的计算结果，可以评估现有的散热设计方案，并通过优化设计来提高设备的散热能力，降低温度升高对设备性能的影响。

换热器热应力耦合分析有限元分析

第一章课题相关知识介绍2.1散热片知识散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等，如电脑中CPU 中央处理器要使用相当大的散热片，电视机中电源管，行管，功放器中的功放管都要使用散热片。

一般散热片在使用中要在电子元件与散热片接触面涂上一层导热硅脂，使元器件发出的热量更有效的传导到散热片上，在经散热片散发到周围空气中去。

2.1.1散热片的材质比较就散热片材质来说，每种材料其导热性能是不同的，按导热性能从高到低排列，分别是银，铜，铝，钢。

不过如果用银来作散热片会太昂贵，故最好的方案为采用铜质。

虽然铝便宜得多，但显然导热性就不如铜好（大约只有铜的50%左右）。

目前常用的散热片材质是铜和铝合金，二者各有其优缺点。

铜的导热性好，但价格较贵，加工难度较高，重量过大（很多纯铜散热器都超过了CPU 对重量的限制），热容量较小，而且容易氧化。

而纯铝太软，不能直接使用，都是使用的铝合金才能提供足够的硬度，铝合金的优点是价格低廉，重量轻，但导热性比铜就要差很多。

有些散热器就各取所长，在铝合金散热器底座上嵌入一片铜板。

对于普通用户而言，用铝材散热片已经足以达到散热需求了。

北方冬季取暖的暖气片也叫散热片。

散热片在散热器的构成中占有重要的角色，除风扇的主动散热以外，评定一个散热器的好坏，很大程度上取决于散热片本身的吸热能力和热传导能力 2.1.2散热片结构的设计 1. 肋片的散热量肋基导入的热量向肋端传递，经肋片传给流体，因此肋片得热平衡方程为：肋基导入的热量Φ=Φ流体带走的热量λ所以肋片向流体的传热量恒等于肋基截面上导入的热量，根据傅立叶定律得每片等截面直肋散热量的计算式为：)(1)(0mH th m h m h mH th m A H Hλλθλ++=Φ （2—1）式中：Φ ——散热量，W ；λ ——肋片导热率，W/（m.K ）；A ——肋片的横截面积，2m ；0θ——肋基过余温度，C 0；m —— 肋片组合参数，Azm λα=H h ——肋端处的对流换热系数，W/（2m ·K ）；H ——肋高，m 。

基于有限元仿真的冰箱门体热应力分析

技术·创新/Technology and Innovation基于有限元仿真的冰箱门体热应力分析张卫卫张魁仓鲍敏（长虹美菱股份有限公司合肥 230601）摘要：冰箱门体的结构多是依靠经验进行设计，在门体发泡、高低温试验中经常会出现门体饰条开裂、变形等现象，需要经过多次设计与试验验证，造成设计成本高、周期长等问题。

通过有限元仿真的方法，在冰箱门体设计过程中进行热应力分析，模拟门体发泡、高低温试验温度场，可以有效减少门体设计过程中的缺陷，降低设计成本、缩减设计周期。

关键词：冰箱门体；热应力；有限元；分析Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ　ｄｏｏｒ　ｉｓ　ｍｏｓｔｌｙ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂｙ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｏｏｒ　ｆｏａｍｉｎｇ，　ｈｉｇｈ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｔｅｓｔ，　ｔｈｅ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｏｏｒ　ｔｒｉｍ　ｓｔｒｉｐ　ｏｆｔｅｎ　ｏｃｃｕｒ，　ｗｈｉｃｈ　ｒｅｑｕｉｒｅｓ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｔｅｓｔ　ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，　ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ　ｉｎ　ｈｉｇｈ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｃｙｃｌｅ．　Ｌｏｎｇ　ｗａｉｔ　ｑｕｅｓｔｉｏｎｓ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ，　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｔｒｅｓｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ　ｄｏｏｒ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｏｏｒ　ｆｏａｍｉｎｇ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ａｎｄ　ｌｏｗ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｔｅｓｔ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ，　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｏｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ，　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｃｙｃｌｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ　ｄｏｏｒ；ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｔｒｅｓｓ；　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ；　ａｎａｌｙｓｉｓＴｈｅｒｍａｌ　Ｓｔｒｅｓｓ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ　Ｄｏｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｆｉｎｉｔｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ引言冰箱门体是通过多个零部件拼接并填充发泡剂进行发泡制造而成，是冰箱的重要组成部分，其外观直接影响冰箱质量的优劣。

基于有限元仿真的IGBT模块的应力应变分析

基于有限元仿真的IGBT模块的应力应变分析黄小华1郭红利2（1. 陕西电子信息职业技术学院西安710077；2. 西北农林科技大学机电学院陕西杨凌712100）摘要IGBT模块是变流器的主要部件，也是功率波动和热冲击的主要承受者，其可靠性直接决定了变流器的可靠性。

为研究IGBT模块在老化过程中的应力应变特性，从而进一步从物理机理上分析模块老化失效情况，利用COMSOL 软件进行有限元仿真，模拟了模块在损耗加热情况下的应力应变情况。

分析了在键合线，键合线焊接点以及焊料层上应力应变较大的原因。

总结了应力应变与模块温度、热通量、膨胀系数之间的关系，还通过人为添加空洞的方式，分析了焊料层空洞对模块状态的影响。

关键词IGBT模块COMSOL仿真应力应变老化失效电力系统中大量新能源的投入使用，在解决以往问题的同时，也出现了很多新的问题。

变流器在能源并网中有着极其重要的作用[1]，由于以往机组容量较小，而且比较分散，所以功率变流器对系统可靠性的影响通常被忽略。

但是，随着新能源的飞速发展，机组容量越来越大，变流器容量也越来越大，其可靠性将很大程度上影响系统的正常运行。

IGBT模块作为功率变流器的主要部件，也是功率波动和热冲击的主要承受者，其重复开通或关断时，在热冲击的反复作用下容易产生失效或疲劳效应[2]，这是导致变流器故障的主要原因。

因此，研究IGBT 模块的老化，提取其老化的特征参数，评估其剩余寿命和可靠性，从而指导变流器的运行和维护，对于提高变流器的可靠性,保证系统的正常运行具有重要意义。

当前，表征IGBT模块老化和评估其可靠性的模型可分为解析模型和物理模型两种[3]。

解析模型仅对老化数据进行拟合，表达直观，但不能体现本质的物理过程；物理模型是将器件的物理结构变化同老化数据结合分析得到，能够更加准确地表述物理机理，但是其形式一般较为复杂，计算量很大[4-6]。

IGBT模块各层材料膨胀系数的不同，在模块被损耗加热的过程中会受到热应力的作用；同时，模块内部是一个强电强磁的区域，带电部分同时会受到较强的电动力作用。

芯片设计中的热仿真与热管理策略

芯片设计中的热仿真与热管理策略随着科技的发展和计算机应用的广泛普及，芯片设计在现代电子技术中扮演着至关重要的角色。

然而，芯片在工作过程中会产生大量热量，对芯片的正常运行和寿命造成潜在的威胁。

因此，在芯片设计过程中，热仿真与热管理策略成为了必不可少的环节。

本文将就芯片设计中的热仿真与热管理策略进行探讨。

一、热仿真技术热仿真是芯片设计过程中的关键环节之一，通过仿真可以得到芯片在工作状态下的热分布情况。

热仿真可以帮助设计师评估芯片的热风险并及时采取相应的措施。

在热仿真中，常用的方法有有限元分析方法（FEM）和网格法（Mesh Method）。

有限元分析方法通过将芯片划分成有限数量的小单元进行计算，从而得到芯片的温度分布。

而网格法则是将整个芯片区域划分成网格，通过求解热传导方程得到芯片的温度分布。

二、热仿真技术的应用热仿真技术在芯片设计中有着广泛的应用。

首先，热仿真技术可以帮助设计师快速评估芯片设计方案的热特性。

在芯片设计的早期阶段，设计师可以根据仿真结果优化芯片布局，改变散热方式等，从而减少芯片的热量集中程度，提高整个芯片的散热能力。

其次，热仿真技术还可以用于芯片故障分析。

当芯片出现故障时，可以利用热仿真技术找出故障部位。

通过对比仿真结果和实际测量结果，可以快速定位故障，并采取相应的修复措施。

最后，热仿真技术还可以用于芯片的可靠性评估。

通过对芯片的热仿真，可以评估出芯片的热应力水平。

在实际使用中，如果芯片的热应力超过了其承受范围，很有可能会导致芯片的可靠性下降甚至故障。

三、热管理策略热管理策略是为了解决芯片内部过热问题而采取的措施。

在芯片设计过程中，设计师可以通过合理的热管理策略来提高芯片的散热能力，延长芯片的寿命。

常见的热管理策略有以下几种：1. 散热材料的选择：在芯片设计中，选择适合的散热材料非常重要。

一些导热性能好的材料，如铜、银等，具有较高的导热性能，可以有效降低芯片温度。

2. 散热结构的设计：合理的散热结构设计可以提高芯片的热传导效率。

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