[7Ghost7]

Здравствуйте. Провожу моделирование напряжений в конструкции, возникающие при изменении её температуры.
Конструкция представляет собой медную подложку, на которую с помощью припоя AuSn(80/20) установлен алмазный чип. Начальную температуру, при которой напряжения нулевые ставлю 380С (температура плавления припоя).После проведенного моделирования, программа показывает, что наибольшие напряжения возникают в области контакта припоя и медной подложки, что не является верным. Ведь КТР меди и припоя почти одинаковые, в то время как у алмаза КТР 1.1*10^-6 и по логике наибольшие напряжения должны возникнуть в области контакта алмаз-припой. Почему программа моделирует подобным образом? Свойства материалов заданы верно, в этом я думаю ошибки быть не может.
Представляю получившиеся картины напряжений


Также не понятен график напряжений в области контакта припой-алмаз

Почему получаются такие перепады?
Выкладываю лог файл, чтобы было более ясное представления, что и как я сделал.

Код:

[Выделить все]

/FILNAME,CVD_ploskii,0  
/CWD,'C:\CVD_TERM\Modelir\Ploskii'  
/TITLE,Термоупругий расчет    
/PMETH,OFF,0
KEYW,PR_SET,1   
KEYW,PR_STRUC,0 
KEYW,PR_THERM,1 
KEYW,PR_FLUID,0 
KEYW,PR_ELMAG,0 
KEYW,MAGNOD,0   
KEYW,MAGEDG,0   
KEYW,MAGHFE,0   
KEYW,MAGELC,0   
KEYW,PR_MULTI,0 
KEYW,PR_CFD,0   
/PREP7  
ET,1,77
TOFFST,273  
/UNITS,SI    
MPTEMP,1,0  
MPDATA,DENS,1,,8900 
MPDATA,EX,1,,117E9  
MPDATA,PRXY,1,,0.32 
MPDE,EX,1   
MPDE,PRXY,1 
MPDATA,EX,1,,1.17E+011  
MPDATA,PRXY,1,,0.32 
UIMP,1,REFT,,,  
MPDATA,ALPX,1,,1.8E-5    
MPDATA,KXX,1,,380   
MPDATA,C,1,,385 
MPDATA,DENS,2,,14510
MPDATA,EX,2,,5.9E10 
MPDATA,PRXY,2,,0.3  
UIMP,2,REFT,,,  
MPDATA,ALPX,2,,16E-6
UIMP,2,REFT,,,  
MPDE,ALPX,2 
MPDATA,ALPX,2,,1.6E-005 
MPDATA,KXX,2,,57
MPDATA,C,2,,15  
MPDATA,DENS,3,,3520 
MPDATA,EX,3,,1.22E9 
MPDATA,PRXY,3,,0.2  
UIMP,3,REFT,,,  
MPDATA,ALPX,3,,1.1E-6   
MPDATA,KXX,3,,2000  
MPDATA,C,3,,520 
RECTNG,0,0.03,0,0.002,  
RECTNG,0.013740,0.016260,0.002,0.002035,
RECTNG,0.013760,0.016240,0.002035,0.002235, 
FLST,2,3,5,ORDE,2   
FITEM,2,1   
FITEM,2,-3  
AGLUE,P51X  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       4 
CM,_Y1,AREA 
CMSEL,S,_Y  
CMSEL,S,_Y1 
AATT,       1, ,   1,       0,  
CMSEL,S,_Y  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       5 
CM,_Y1,AREA 
CMSEL,S,_Y  
CMSEL,S,_Y1 
AATT,       2, ,   1,       0,  
CMSEL,S,_Y  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       3 
CM,_Y1,AREA 
CMSEL,S,_Y  
CMSEL,S,_Y1 
AATT,       3, ,   1,       0,  
CMSEL,S,_Y  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
MSHAPE,1,2D 
MSHKEY,0
FLST,5,3,5,ORDE,2   
FITEM,5,3   
FITEM,5,-5  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,P51X 
CM,_Y1,AREA 
CHKMSH,'AREA'   
CMSEL,S,_Y  
AMESH,_Y1   
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CMDELE,_Y2  
ESIZE,0.001,0,  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       4 
CM,_Y1,AREA 
CHKMSH,'AREA'   
CMSEL,S,_Y  
ACLEAR,_Y1  
AMESH,_Y1   
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CMDELE,_Y2  
ESIZE,0.00005,0,
FLST,5,2,5,ORDE,2   
FITEM,5,3   
FITEM,5,5   
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,P51X 
CM,_Y1,AREA 
CHKMSH,'AREA'   
CMSEL,S,_Y  
ACLEAR,_Y1  
AMESH,_Y1   
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CMDELE,_Y2  
ESIZE,0.0001,0, 
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       4 
CM,_Y1,AREA 
CHKMSH,'AREA'   
CMSEL,S,_Y  
ACLEAR,_Y1  
AMESH,_Y1   
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CMDELE,_Y2  
FINISH  
/SOL
TREF,380,   
FLST,2,3,5,ORDE,2   
FITEM,2,3   
FITEM,2,-5  
/GO 
DA,P51X,ALL,20  
SOLVE   
/NOPR   
/PMETH,OFF,0
KEYW,PR_SET,1   
KEYW,PR_STRUC,1 
KEYW,PR_THERM,1 
KEYW,PR_FLUID,0 
KEYW,PR_ELMAG,0 
KEYW,MAGNOD,0   
KEYW,MAGEDG,0   
KEYW,MAGHFE,0   
KEYW,MAGELC,0   
KEYW,PR_MULTI,1 
KEYW,PR_CFD,0   
/GO 
FINISH  
/PREP7  
ETCHG,TTS   
FINISH  
/SOL
LDREAD,TEMP,,, , ,'CVD_ploskii','rth',' '   
SOLVE   
FINISH  
/POST1  
/EFACET,1   
PLNSOL, S,EQV, 0,1.0

Если уж будут совсем нелепые ошибки, то не судите строго, в этом деле я пока новичок.

[Кулик Алексей aka kpblc]

7Ghost7, ты бы название и версию расчетной программы озвучил (желательно в заголовке)...

[СергейД]

неправильно не задавать конвекцию. нельзя прикладывать температуру к поверхности, а не к газу.
как TREF всегда задают температуру сборки= равновесную например 20С.
внимательно не смотрел. переходите на макросы= легче проверять.

прочитайте хелп внимательно разберитесь, как решают в туториалах.
и возьмите задачу попроще.

[7Ghost7]

К сожалению, для моего препода, который вообще в ансисе не шарит, эта задача, просто верх простоты))
В учебнике Басова "Графический интерфейс комплекса ansys" написано, что Reference Temp - указание ссылочной температуры, для вычисления температурных деформаций (т.е температуры, при которой температурные деформации равны 0). Вот я и указал 380, полагая, что в это время в припое отсутствуют какие-либо напряжения. И рассчитываю, какие возникнут напряжения, при остывании конструкции до 20 градусов.

[СергейД]

контрольный вопрос.
при пожаре конструкция разогрелась от 20 до 1000 градусов (на поверхности). потом остывает обратно . какую поставишь TREF?

повторю = открой в инете или хелпе хоть одну задачу. и разберись.
заодно посмотри, какую задавали tref.
если нстолько лень разбираться самому, нанимай учителя.

[7Ghost7]

Тут конечно TREF = 20. Просто я полагал (может быть ошибочно), что на медную подложку, наносится припой, в расплавленном состоянии (т.е температура 380), и на него уже устанавливается алмазный чип. Припой остывает, и в нем возникают какие-то напряжения. Вот как то так.
Читал не только хелпы, и там в примерах да ставится температура 27 градусов. Но там рассматриваются простые детали. Вот и хотел еще узнать, нужно ли как-то учитывать контакт материалов?

[СергейД]

про конвекцию не забудь. и тп. да и излучение существенно меняет результаты.
контакт= это самое интересное. у тебя принята неразрывная связь (ЕСЛИ Я ПРАВИЛЬНО ПОНЯЛ). = потери тела через контакт нет. разрыва и проскальзывания нет в принципе. у соседствующих тел общие узлы?

если это не так и возможно проскальзывание нужно задавать контактную пару.
ТОГДА РЕШАТЬ НУЖНО В ПРЯмой термоупругой постановке.
тип элементов 226. (ОПЦИЯ 11) . ИЛИ 223 В ДВУМЕРКЕ.

[7Ghost7]

Так мое понимание задания параметра TREF верное, или все таки нужно задаваться 20-ю градусами?
Получается, если я хочу рассчитать напряжения для конструкции с температурой 20 градусов, я должен задать и конвекцию в 20 градусов, и тепловой поток 20 градусов, и излучение 20 градусов?
В конструкции все закреплено, проскальзывания нет. У соседствующих тел, думаю, узлы общие, т.к использовал булевые операции по созданию общих границ.

[СергейД]

почитай книжки хоть какие-нибудь... или подумай...
и конвекционный и радиационный теплопотоки вызываются РАЗНИЦЕЙ температур между двумя средами.
что-то стало скучно подсказывать.

[7Ghost7]

Спасибо и на этом) Буду читать и думать.

[master_luc]

Позволю себе немного добавить (из моего понимания задачи):
1)считаем первый шаг в котором присутствуют подложка и припой.
tref = 20 градусов и припой нагретый до 380 градусов;
2) к существующей модели добавляем чип и даем системе остыть;
3) + все, что следует учесть в расчете (конвекция, излучение и т.п.).

[7Ghost7]

Да, все так.
Получается это будет нестационарный расчет?

[СергейД]

разумеется...
если температура меняется во времени, то расчет может быть только нестационарным.
и напряжения меняться будут во времени.
не факт, что глядя на график температур и выбрав какой-то момент времени, можно точно угадать, что напряжения в этот момент будут максимальны. в каждом материале у них будет своя история.
у таких расчетов есть свои заморочки. нужно для начала назначить грамотно шаг интегрирования.

главное=переходи на типы 223 или 226. с опцией 11.
+сетку нужно сгустить с местах градиентов температур. задать конвекцию. для начала решить без излучения.
оценить его вклад можно, проанализировав полученные температуры. иногда достаточно добавить осредненно

источник ошибки в другом (если конечно, решать по-взрослому)
коэфф теплоотдачи (слышал про такой?) меняется по поверхности (на углах и ребрах выше, в 2-4 раза например) и при твоих температурах нелинеен.
этот параметр, вообще говоря, является целью (или побочным результатом) сопряженного газодинамического расчета.
нужно хотя бы поварьировать им для оценки влияния на результаты.
предполагаю, что итоговые напряжения будут зависеть.
а если поведение физически нелинейно, с остаточными деформациями, то зависеть ощутимо. но у тебя, ситуация все же иная.

а преподавателя твоего не понимаю. нужно давать только такие задачи, которые сам смог бы решить. или хотя бы подсказать.
читай хелп.
там есть примеры нестационара. разберись. или надеешься, что на форуме тебя всему научат?
разве что можно подсказать- поправить в свободное время.

[7Ghost7]

Хм, мой препод окончательно меня поставил в тупик, спросив: "как оценить точность полученных результатов расчета?" И вот сколько перелопатил литературы про точность там говориться лишь то, что она зависит от плотности разбиения сетки в местах концентрации напряжений при h-методе, от правильно заданных граничных условий и др. Но преподаватель хочет знать точность в процентах. А это я так понимаю нельзя посчитать в программе. Или я ошибаюсь?

[СергейД]

долго объяснять про энергетические критерии...
просто сгусти сетку до вдвое большего числа узлов
а потом (если можно) еще раз. там где самые градиенты.
сравни решения, если будут похожи= точность
достигнута. нарисуй график сходимости основных результатов. может хватить.

кстати, ты задачу вообще решил? в какой постановке?
вывесил бы пару картинок...

[7Ghost7]

Решил, если можно так сказать
TREF я так и оставил 380С, т.к мне показалось слишком сложным расчет системы сначала с припоем без алмазной пластины, потом с установленной пластиной, затем остывание, да и не очень понял я как это все можно связать. Перешел на 223 элемент. И вот не понятно почему конструкция так меняет положение. Результаты вроде правдоподобные.
Вот лог файла, как пользоваться макросами я пока не догнал)..

Код:

[Выделить все]

/PMETH,OFF,0
KEYW,PR_SET,1   
KEYW,PR_STRUC,1 
KEYW,PR_THERM,1 
KEYW,PR_FLUID,0 
KEYW,PR_ELMAG,0 
KEYW,MAGNOD,0   
KEYW,MAGEDG,0   
KEYW,MAGHFE,0   
KEYW,MAGELC,0   
KEYW,PR_MULTI,1 
KEYW,PR_CFD,0   
/PREP7  
ET,1,223
KEYOPT,1,1,11   
KEYOPT,1,2,0
KEYOPT,1,4,0
TOFFST,273  
*SET,AUX1,7.3e-4
*SET,AUX2,3.27e-3   
*SET,AUY,5.35e-4
*SET,CVDX1,7.5e-4   
*SET,CVDX2,3.25e-3  
*SET,CVDY,7.35e-4   
*SET,MX,0.004   
*SET,MY,0.0005  
RECTNG,0,MX,0,MY,   
RECTNG,AUX1,AUX2,MY,AUY,
RECTNG,CVDX1,CVDX2,AUY,CVDY,
MPTEMP,1,0  
MPDATA,DENS,1,,8900E-18 
MPDATA,EX,1,,1.17E+05  
MPDATA,PRXY,1,,0.32 
UIMP,1,REFT,,,  
MPDATA,ALPX,1,,1.8E-5    
MPDATA,KXX,1,,380e6    
MPDATA,C,1,,385E12  
MPDATA,DENS,2,,14510e-18
MPDATA,EX,2,,5.9E4 
MPDATA,PRXY,2,,0.3  
UIMP,2,REFT,,,  
MPDATA,ALPX,2,,16E-6
UIMP,2,REFT,,,  
MPDE,ALPX,2 
MPDATA,ALPX,2,,1.6E-005 
MPDATA,KXX,2,,57e6
MPDATA,C,2,,15e12 
MPDATA,DENS,3,,3520e-18  
MPDATA,EX,3,,1.22E+003 
MPDATA,PRXY,3,,0.2  
UIMP,3,REFT,,,  
MPDATA,ALPX,3,,1.1E-6   
MPDATA,KXX,3,,2000e6  
MPDATA,C,3,,520e12 
FLST,2,3,5,ORDE,2   
FITEM,2,1   
FITEM,2,-3  
AGLUE,P51X  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       4 
CM,_Y1,AREA 
CMSEL,S,_Y  
CMSEL,S,_Y1 
AATT,       1, ,   1,       0,  
CMSEL,S,_Y  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       5 
CM,_Y1,AREA 
CMSEL,S,_Y  
CMSEL,S,_Y1 
AATT,       2, ,   1,       0,  
CMSEL,S,_Y  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,       3 
CM,_Y1,AREA 
CMSEL,S,_Y  
CMSEL,S,_Y1 
AATT,       3, ,   1,       0,  
CMSEL,S,_Y  
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
MSHAPE,1,2D 
MSHKEY,0
FLST,5,3,5,ORDE,2   
FITEM,5,3   
FITEM,5,-5  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,P51X 
CM,_Y1,AREA 
CHKMSH,'AREA'   
CMSEL,S,_Y  
AMESH,_Y1   
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CMDELE,_Y2  
ESIZE,0.00005,0,
FLST,5,3,5,ORDE,2   
FITEM,5,3   
FITEM,5,-5  
CM,_Y,AREA  
ASEL, , , ,P51X 
CM,_Y1,AREA 
CHKMSH,'AREA'   
CMSEL,S,_Y  
ACLEAR,_Y1  
AMESH,_Y1   
CMDELE,_Y   
CMDELE,_Y1  
CMDELE,_Y2  
FLST,5,6,4,ORDE,6   
FITEM,5,5   
FITEM,5,-6  
FITEM,5,8   
FITEM,5,-9  
FITEM,5,15  
FITEM,5,-16 
CM,_Y,LINE  
LSEL, , , ,P51X 
CM,_Y1,LINE 
CMSEL,S,_Y  
CMDELE,_Y   
LREFINE,_Y1, , ,5,1,1,1 
CMDELE,_Y1   
/UI,MESH,OFF
FINISH  
/SOL
ANTYPE,0
NLGEOM,0
NROPT,AUTO, ,   
STAOPT,DEFA 
LUMPM,0 
EQSLV, , ,0, ,DELE  
PRECISION,0 
MSAVE,0 
PCGOPT,0, ,AUTO, , ,AUTO
PIVCHECK,1  
SSTIF   
PSTRES  
TOFFST,273,  
TUNIF,20,   
TREF,380,   
FLST,2,3,5,ORDE,2   
FITEM,2,3   
FITEM,2,-5  
BFA,P51X,TEMP,20
FLST,2,3,5,ORDE,2   
FITEM,2,3   
FITEM,2,-5   
SFA,P51X,1,CONV,20,20   
SOLVE   
FINISH

[7Ghost7]

В общем не верные эти расчеты. Попробовал увеличить размер пластины до 10 мм, и получилось, что напряжения практически не зависят от размеров, хотя в реальности они увеличиваются в разы. Также в реальности в течение термоциклов от-60 до 85, чипы алмазов отскакивают, т.е напряжения превышаю адгезию металлизации (120кг/см2), а в расчетах они даже и близко не стоят. В общем дело дрянь.

[7Ghost7]

Здравствуйте) Это снова я)
Вот возникли некоторые вопросы.
Вот это картина (как я понимаю) термических напряжений (General Postproc->Plot Results->Control Plot->Nodal Solu->Nodal Solution->Stress->von Mises stress)

Вот это (опять же, как я понимаю) картина механических напряжений (General Postproc->Plot Results->Control Plot->Nodal Solu->Nodal Solution->Total Mechanical Strain->von Mises total mechanical strain)

Вопросы:
1. Правильно ли я понял, что показывают данные картинки?
2. Какие единицы измерения используются в каждом случае? Паскали??
Параметры материалов которые я задаю следующие:
Медь (основание)
Плотность: 8900 кг/м^3
Модуль Юнга: 117 ГПа
Коэф. Пуассона: 0,32
КТР: 1,8*10^-5
Теплопроводность: 380 Вт/м*К
Теплоемкость: 385 Дж/кг*К
Припой золото-олово
Плотность: 14510 кг/м^3
Модуль Юнга: 59 ГПа
Коэф. Пуассона: 0,3
КТР: 16*10^-6
Теплопроводность: 57 Вт/м*К
Теплоемкость: 15 Дж/кг*К
Алмаз
Плотность: 3520 кг/м^3
Модуль Юнга: 1,22 ГПа
Коэф. Пуассона: 0,2
КТР: 1,1*10^-6
Теплопроводность: 2000 Вт/м*К
Теплоемкость: 520 Дж/кг*К
3. Стоит ли переводить единицы измерения в uMKS, т.к толщины элементов макс 500мкм???...какие единицы измерения будут тогда на выходе?