从事热应力/热变形分析的仿真工程师、电子封装/焊接工艺/高温结构设计人员、需要掌握顺序耦合/直接耦合方法的CAE分析专家。
理解热-结构耦合的物理机理(热膨胀、热应力、热变形)。
掌握顺序耦合与直接耦合的仿真方法与适用场景。
能够独立完成典型热-结构耦合问题(电子封装热应力、焊接变形、高温结构强度)的分析。
热-结构耦合基础理论:热应力的产生机理;热膨胀系数(CTE)的物理意义;热弹性力学基本方程;热应力的分类(温度梯度应力、约束应力)。
热分析基础回顾:热传导的三种方式;稳态热分析与瞬态热分析;热边界条件(温度、热流、对流、辐射);材料热属性(导热系数、比热、密度)。
结构分析基础回顾:线弹性力学基本方程;热应力的等效节点载荷;热应变与热应力的计算;弹塑性热应力的考虑。
顺序耦合方法:顺序耦合的基本原理(先温度场计算,再结构应力分析);温度场结果向结构分析的映射;载荷步与时间点的匹配;顺序耦合的适用场景。
直接耦合方法:直接耦合单元的特性;热-结构耦合单元的选择;同时求解温度场与位移场;直接耦合的适用场景(强耦合问题、材料属性强依赖温度)。
材料属性温度依赖性:弹性模量、屈服强度、热膨胀系数的温度相关性;材料高温蠕变行为的考虑;热物性参数(导热系数、比热)随温度的变化;多段线性/表格化输入。
热-结构耦合边界条件:温度载荷的施加方式(体温度、节点温度);结构约束与热边界的同时定义;接触热阻与结构接触的耦合;辐射换热与结构变形的耦合。
电子封装热应力分析:封装结构(芯片、基板、焊球、散热盖)的建模;材料CTE不匹配引起的热应力;回流焊过程的温度循环;焊点疲劳寿命的预测。
焊接变形与残余应力:焊接热源的移动加载;焊缝金属的熔化与凝固;相变与热力耦合;焊接残余应力的分布;焊后热处理(PWHT)的模拟。
高温结构强度分析:高温环境下的结构承载;热-机械载荷的共同作用;蠕变-疲劳交互作用;高温结构的失效模式(过度变形、蠕变断裂)。
热-结构耦合收敛控制:非线性迭代的收敛问题;材料非线性与几何非线性的耦合;时间步长的自动控制;重启动技术的应用。
综合实战项目:典型热-结构耦合问题(如IGBT模块热应力、管道焊接残余应力、高温法兰密封分析)的完整仿真。