Abaqus在電子行業中的應用

2016-12-27 by:CAE仿真在線來源:互聯網

電子行業是有限元分析應用的一個重要領域。隨著全球電子工業的飛速發展,電子產品的設計愈來愈精細、復雜;市場競爭要求電子產品在性能指標大幅度提高的同時,還要日趨小型化。電子產品跌落、新型電子材料的研發和制造、音頻設備聲場特性的設計和評估、電子產品的熱力仿真、芯片封裝的熱分析等的力學仿真是電子領域中很深入、復雜并極具挑戰性的課題,需要多門學科的理論和方法的綜合應用。針對電子領域關注的各種線性、非線性、熱力耦合,濕熱耦合,跌落、開裂等力學問題Abaqus有針對性的提供了相應的有限元分析解決方案。Abaqus的有限元分析能力已經被全球各大電子生產和設計單位所檢驗并得到了廣泛的認可。目前Intel、Motorola、Nokia、Toshiba、Philips等世界知名的電子企業都是Abaqus軟件的重要用戶。下邊介紹幾種Abaqus中的電子行業的應用案例。

Abaqus中PCB擴展模塊

隨著PCB設計的不斷復雜,急需提出有創新、高效的算法。由SIMULIA南部區域工程師創建的PCB建模擴展模塊,可高效的進行PCB的建模以及物理性質的仿真計算,從而縮短了產品研發周期并且降低了原型成本。PCB建模擴展模塊與Abaqus/CAE完全結合在一起,基于廣泛應用的IDF(中間數據格式)技術,自動導入PCB幾何模型并劃分網格。可使用多種過濾器來控制幾何模型的建立,如導入元件的尺寸以及預包含鉆孔的直徑。如果IDF數據不可用,可通過PCB建模器手動定義板及元件的幾何模型。下圖為PCB幾何建模。

結構/強度分析

Abaqus強大的線性和非線性功能非常適合大型電子設備的結構分析,如增強的接觸模擬功能,采用面面接觸算法,可以考慮殼厚度、靈活的TIE約束、方便地施加螺栓預緊力、自動接觸穩定性控制,防止剛體位移導致的不收斂、弧長法做結構失穩的屈曲分析、結合線性模態動力學(包括自振頻率提取,模態動力學,基于模態和直接積分的穩態動力學分析,隨機響應分析,響應譜分析)和顯式非線性動力學進行結構的振動、沖擊、破壞等動力學模擬。下圖為硬盤支架強度分析。

多體動力學分析

Abaqus提供的多體動力學分析功能為機械設備的操縱和傳動系統等機構分析和運動過程模擬等提供了強有力的工具。在此基礎上,作為功能強大的有限元分析軟件,Abaqus還可以對結構運動過程中的變形和應力分布情況進行實時的模擬和分析。截止到目前,考慮非線性的機構和結構耦合分析功能仍然是Abaqus所獨有的。下圖為相機鏡頭旋轉分析。

熱性能/熱傳導/熱應力分析

由不同材料組成的封裝組件在溫度變化的環境下會產生很大的熱應力,導致封裝失效。Abaqus具有強大的熱固耦合分析功能,包括:穩態熱傳導和瞬態熱傳導分析,順序耦合熱固分析,完全耦合熱固分析,強制對流和輻射分析,熱界面接觸,熱電耦合等等。可以定義從簡單彈塑性模型到隨溫度變化材料常數的熱塑性、熱硬化性、高溫蠕變等復雜材料模型,來模擬金屬、聚合物、復合材料等電子材料的熱學和力學性質。下圖為PCB熱應力分析圖。

機械沖擊/跌落測試模擬

跌落和碰撞問題一般需要采用顯式動力學方法進行求解,考慮裝配預應力的跌落和碰撞分析需要結合隱式和顯式的方法進行求解。Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中均提供10結點的修正四面體單元,模擬接觸問題精度很高,并且兩個求解器的模型可以無縫轉化,這樣為進行沖擊和跌落分析提供了一種快捷、精確的方法。所以世界上重要手機和汽車生產商如摩托羅拉、諾基亞、寶馬等都首選Abaqus作為跌落和碰撞分析的求解器。下圖分別為臺式機箱的沖擊仿真。