如何利用ANSYS Workbench构建模型初始变形？一文搞定

17天前浏览179

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

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