Abaqus在电子行业中的应用

2016-12-27 by:CAE仿真在线来源:互联网

电子行业是有限元分析应用的一个重要领域。随着全球电子工业的飞速发展,电子产品的设计愈来愈精细、复杂;市场竞争要求电子产品在性能指标大幅度提高的同时,还要日趋小型化。电子产品跌落、新型电子材料的研发和制造、音频设备声场特性的设计和评估、电子产品的热力仿真、芯片封装的热分析等的力学仿真是电子领域中很深入、复杂并极具挑战性的课题,需要多门学科的理论和方法的综合应用。针对电子领域关注的各种线性、非线性、热力耦合,湿热耦合,跌落、开裂等力学问题Abaqus有针对性的提供了相应的有限元分析解决方案。Abaqus的有限元分析能力已经被全球各大电子生产和设计单位所检验并得到了广泛的认可。目前Intel、Motorola、Nokia、Toshiba、Philips等世界知名的电子企业都是Abaqus软件的重要用户。下边介绍几种Abaqus中的电子行业的应用案例。

Abaqus中PCB扩展模块

随着PCB设计的不断复杂,急需提出有创新、高效的算法。由SIMULIA南部区域工程师创建的PCB建模扩展模块,可高效的进行PCB的建模以及物理性质的仿真计算,从而缩短了产品研发周期并且降低了原型成本。PCB建模扩展模块与Abaqus/CAE完全结合在一起,基于广泛应用的IDF(中间数据格式)技术,自动导入PCB几何模型并划分网格。可使用多种过滤器来控制几何模型的建立,如导入元件的尺寸以及预包含钻孔的直径。如果IDF数据不可用,可通过PCB建模器手动定义板及元件的几何模型。下图为PCB几何建模。

结构/强度分析

Abaqus强大的线性和非线性功能非常适合大型电子设备的结构分析,如增强的接触模拟功能,采用面面接触算法,可以考虑壳厚度、灵活的TIE约束、方便地施加螺栓预紧力、自动接触稳定性控制,防止刚体位移导致的不收敛、弧长法做结构失稳的屈曲分析、结合线性模态动力学(包括自振频率提取,模态动力学,基于模态和直接积分的稳态动力学分析,随机响应分析,响应谱分析)和显式非线性动力学进行结构的振动、冲击、破坏等动力学模拟。下图为硬盘支架强度分析。

多体动力学分析

Abaqus提供的多体动力学分析功能为机械设备的操纵和传动系统等机构分析和运动过程模拟等提供了强有力的工具。在此基础上,作为功能强大的有限元分析软件,Abaqus还可以对结构运动过程中的变形和应力分布情况进行实时的模拟和分析。截止到目前,考虑非线性的机构和结构耦合分析功能仍然是Abaqus所独有的。下图为相机镜头旋转分析。

热性能/热传导/热应力分析

由不同材料组成的封装组件在温度变化的环境下会产生很大的热应力,导致封装失效。Abaqus具有强大的热固耦合分析功能,包括:稳态热传导和瞬态热传导分析,顺序耦合热固分析,完全耦合热固分析,强制对流和辐射分析,热界面接触,热电耦合等等。可以定义从简单弹塑性模型到随温度变化材料常数的热塑性、热硬化性、高温蠕变等复杂材料模型,来模拟金属、聚合物、复合材料等电子材料的热学和力学性质。下图为PCB热应力分析图。

机械冲击/跌落测试模拟

跌落和碰撞问题一般需要采用显式动力学方法进行求解,考虑装配预应力的跌落和碰撞分析需要结合隐式和显式的方法进行求解。Abaqus/Standard和Abaqus/Explicit中均提供10结点的修正四面体单元,模拟接触问题精度很高,并且两个求解器的模型可以无缝转化,这样为进行冲击和跌落分析提供了一种快捷、精确的方法。所以世界上重要手机和汽车生产商如摩托罗拉、诺基亚、宝马等都首选Abaqus作为跌落和碰撞分析的求解器。下图分别为台式机箱的冲击仿真。