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 COSMOS热分析---在热分析中使用设计验证

发布者: 出处: 日期:2009/5/13 阅读:1367 推荐:0 点评:0
   

介绍

在最近过去的十年当中,设计仿真已经逐渐取代了传统的物理样机,设计仿真可以减少昂贵费时的物理样机,因此可以降低新产品研发的成本和缩短开发的周期。并且允许工程师使用方便修改的电脑模型来准确地预测产品的机械性能(图1)

图1传统的设计方法和使用设计仿真验证设计方法的比较

设计验证在结构性问题,如位移,变形,应力或者自然频率领域的应用价值是无法衡量的。然而,结构性能方面的问题往往只是工程师在设计新产品的过程中所面临的许多挑战中的一个问题,还有其它在设计过程中普遍遇到遇到的设计挑战,如过热,热膨胀导致的变形,过热产生的热应力,以及其它的一些涉及到热传导、对流引起的设计问题。

热力学问题在电子产品设计中是十分普遍的.,例如冷却风扇和散热片必须在满足尺寸的要求同时,还需要满足一定的散热效果。同时,在设计电子产品的封装时候,必须要确保电路板有足够的空气流动,这样才能避免由于热应力而产生的变形和破裂(图2)。

图2电子封装的设计需要知道电子元器件产生的热量如何排放到环境中。

在传统的设备设计过程中都会遇到一些热力学的挑战.例如一些发动机,液压缸,电动机和抽气机等产品都需要进行温度,热耗散,热应力分析的-总之任何消耗能量的设备都需要进行热分析。

对于某些材料加工设备,热分析似乎不是很重要,而实际中它们的机械能转变的热能不仅会传递到到加工的工件,而且会影响到设备本身,因为热膨胀会导致加工的尺寸精度,研究这种情况不仅仅对一些精密加工设备很重要,而且对于一些承受由于过热而产生热应力的撕裂机也同样十分重要(图3)。

图3分析潜在的过热在设计工业撕裂机中的传动和承载能力是十分重要的

例3对于大多数医疗器械都应该分析其热力学性能。如药物分派系统必须确保其分派的药物保持在合适的温度,对于外科医疗设备必须避免使人体的组织承受热冲击,同时人体移植器官不能阻碍或者中断人体中的热流动,例如人体口腔的植牙齿必须要能承受一定的外部机械和热载荷(图4).

图4植牙不能影响口腔组织的温度和必并且能承受一定热应力

图5为了充分冷却无线电设备中使用的高能电池,我们必须了解该设备的温度分布情况

图6热分析和结构分析的比较

另外,热跟结构分析一样都是直接对CAD模型进行分析,因此当CAD模型建立之后,只需要很少工作就可以进行热分析验证了。

热分析可以用来判断温度分布、温度梯度和模型中的热流,以及模型和环境之间的热交换。

图7热分析结果

分析热效应、温度很简单,但是测量起来却很困难,尤其是装配替或者零件的内部温度,或者是温度变化特别快的情况。这意味软件的设计验证对于某些工程师来说是唯一确定其产品热力学问题的方法。




 
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