快速学会一项分析-各向异性材料的热应力分析OS-T: 1100

印刷电路板(PCB)，用于电子元件的机械支撑和提供元件之间的电气连接。制造过程中包括蚀刻薄铜层，该铜层沉积在不导电的玻璃纤维/环氧复合基板上。然后将电子元件安装到电路板上，并通过电焊料连接到铜线上。

在开始之前，请将本教程中使用的文件复 制到工作目录

在焊接过程中发生的集中且强烈的加热会在电路板中产生应力。在这个练习中，你将模拟这个过程，并确定这个过程产生的应力和应变是否可以接受。

该模型利用了实心六面体（CHEXA8）元件具有薄壳体元件的蒙皮（CQUAD4）在外表上。

此中使用的一致单位系统模拟值为：kg、mm、GPa、kN、°C

图1.

1、启动并设置OptiStruct用户配置文件

1.启动HyperMesh。此时将打开用户配置文件对话框。

2.选择OptiStruct，然后单击OK。这将加载用户配置文件。它包括适当的模板、宏菜单，并导入读取器，将HyperMesh的功能缩减到与生成OptiStruct模型相关的功能。

2、打开模型

1.单击文件>打开>模型。

2.选择您保存到工作目录的circuit_board.hm文件。

3.单击打开。已加载circuit_board.hm数据库添加到当前HyperMesh会话中，替换任何现有数据。

3、设置模型

为实体元素创建MAT9材质

MAT9材料类型定义了线性、温度的属性独立的各向异性材料。此材料模型非常适合本教程，由于基材的复合结构的X、Y和Z方向层压材料具有不同的弹性模量和热膨胀系数。应用于固体元素的MAT9材料可以简化的模型超过使用复合材料的壳模型，具有单独的层定义了属性和方向。

1.在模型浏览器中，右键单击并选择Create>Material。

2.对于Name，输入PCB_solids。

3.对于卡片图像，选择MAT9，然后单击yes进行确认。

4.为复合材料的定向弹性模量和剪切模量输入以下值：

5.为热膨胀率和参考温度输入以下值：

图2

为壳元素创建MAT2材质，您应仍位于上一步的materials/create面板中。

1.在模型浏览器中，右键单击并选择Create>Material。

2.对于Name，输入PCB_shells。

3.对于卡片图像，选择MAT2，然后单击yes进行确认。

4.为壳元素材料属性输入以下值：

使用材料参照创建属性

1.在模型浏览器中，右键单击并选择Create>Property。

2.对于Name，输入shell。

3.对于卡片图像，请选择PSHELL。

4.对于Material，单击Create>Material。

5.在Select Material对话框中，从材料列表中选择PCB_shells，然后单击确定以完成材料选择。

6.单击T输入壳组件的厚度，然后输入0.001。

图3.

7.重复第1步到第6步，创建名为Solids的另一个属性，将卡片图像设置为PSOLID，将材料设置为PCB_solids。

8.在模型浏览器中，单击pcb_solids组件。组件条目显示在下面的实体编辑器中。

9.对于属性，单击Unspecified>Property。

10.在Select Property对话框中，选择Solids，然后单击OK以完成属性选择。

11.对solder_pads和shell_faces重复步骤8到10，然后选择shell作为属性名称。

在安装孔处创建位移约束

1.在Model Browser中，右键单击并选择Create>Load Collector。

2.对于Name，输入constraints。

3.将卡片图像设置为None。

4.选择合适的颜色。

图4.

5.单击BCs>Create>Constraints打开Constraints面板。

6.单击nodes > by sets。

7.选择constrain_nodes实体集，然后单击选择。

8.将所有6个自由度保持选中状态，然后单击创建。

9.单击返回返回主菜单。

在焊盘上创建施加的温度载荷

1.创建一个名为temperature_loads的新loadcollector。

2.将Card Image设置为None。

3.单击BCs>Create>Constraints以打开Temperature面板。

4.单击nodes>by sets。

5.选中solder_pads组件旁边的框。

6.单击选择。

7.验证是否选择了常量值（字段标签指定value=），并输入345.0。

8.验证负载types=是否设置为TEMP。

9.单击创建以创建temperature_loads。

10.单击返回返回主菜单。

创建Load Step

1.在Model Browser中，右键单击and选择Create>LoadStep。

默认的Load Step现在显示在模型浏览器下方的实体编辑器中。

2.对于Name，输入thermal_loading。

3.对于分析类型，选择Linear Static。

4.对于METHOD（STRUCT），选择Unspecified>Load step inputs modal.。

5.对于SPC，选择Unspecified>Load col。

6.从Select Loadcol对话框中，选择constraints。

7.对于Load，单击Unspecified>Loadcol。

8.在Select  Loadcol对话框中，选择constraints，然后单击确定。

9.对于TEMP_LOAD，请单击Unspecified>TEMP。

10.在SelectLoadcol对话框中，选择temperature_loads，然后单击OK。

已经创建了一个OptiStructloadstep，它引用了loadcollectorspc中的惯性缓解支撑点和loadcollectorstatic_loads中的力。

将控制卡添加到分析中

1.单击Setup>Create>Control Cards以打开控制卡面板。

2.单击next前进直到输出可用，单击output以添加请求输出结果的卡片格式。

3.对于面板下部的number_of_outputs字段，请输入2。

4.将其中一个关键字设置为OP2以请求OP2格式结果文件，并将第二个输出设置为H3D格式。输出的频率（FREQ）可以设置为ALL。

5.单击return以返回到Control Cards面板。

6.单击Next前进到控制的第二页卡片，然后再次转到第三页。

7.使用OUT选项激活SCREEN卡。

8.返回到Control Cards面板。

9.在第一页上选择GLOBAL_OUTPUT_REQUEST以访问输出设置。

10.激活STRAIN选项以请求应变结果输出。保留此卡的默认设置。

11.单击return以返回到控制卡面板。

12.单击next，直到SYSSETTING卡可用，然后单击SYSSETTING以更改系统设置。

13.激活UNDEFTEMP并选择ZERO选项。OptiStruct将对网格使用零值没有指定的温度场。

14.单击return两次以返回主菜单。

4、提交作业

1.在Analysis页面中，单击OptiStruct面板。

图5.访问OptiStruct面板

2.点击save as。

3.在save as对话框中，指定写入OptiStruct模型文件的位置，并输入circuit_board作为文件名。

对于OptiStruct输入模型，建议使用.fem扩展名。

4.点击Save。

输入文件字段显示在Save As对话框中指定的文件名和位置。

5.将导出选项切换开关设置为all。

6.将运行选项切换开关设置为analysis。

7.将内存选项切换设置为memory default。

8.单击OptiStruct以启动OptiStruct作业。

如果作业成功，新的结果文件将应位于写入circuit_board.fem的目录中。circuit_board.out文件是查找可能有帮助的错误消息的好地方，如果存在任何错误，这些消息可以帮助调试模型。