热-应力耦合算例heat transfer

COMSOL热传导模块培训,主讲人：上海中仿科技,利用COMSOL模拟散热问题,问题描述,IC封装中为了减少芯片封装面积，通常采用表面贴片工艺对芯片进行封装。利用计算机可对芯片产热以及散热进行模拟，以提高封装设计的可靠性。该例子涉及到热、电和应力的耦合，对芯片施加0.2W的功耗，模拟其散热情况，模型如图所示：,求解过程,1、启动COMSOL2、创建几何模型3、划分网格4、选择分析问题5、设定边界条件6、求解7、后处理,启动COMSOL,通过桌面快捷方式或者启动菜单打开COMSOL软件，点击Ok启动软件,设置常量,通过菜单OptionConstants在常量设置窗口中name中输入变量名，在Expression中输入数值，点击OK按钮关闭常量设置窗口。,创建几何模型,通过菜单DrawWorkPlaneSettings，将绘图平面设置为y-z平面，点击Ok,创建几何模型,按住Shift键点击Rectangle/Square按钮，输入如下参数分别绘制四个矩形：,绘制草图,1选择R4矩形，使用组合键Ctrl+C拷贝；2通过菜单menuCreateCompositeObject；3在Setformula中输入R3-R4，点击OK；4按住组合键Ctrl+V，点击OK；5点击左侧工具栏的Line按钮，通过原先画好的图形的顶点绘制直线，点击左侧工具栏的2ndDegreeBezierCurve按钮，绘制圆弧，作为焊料的外形轮廓；6使用组合键Ctrl+C拷贝R1,R2,CO1,和CO2；7使用组合键Ctrl+V，在displacement区域的x输入0.006，点击OK。,绘制草图,8通过菜单DrawModifyScale在Scalefactor区域的x中输入-1在Scalebasepoint区域的x中输入0.007，点击OK；9点击主工具栏的ZoomExtents按钮进行缩放；10点击左侧工具栏的Line按钮，通过两坐标点绘制直线(0.002,0)、(0.006,0)；11使用鼠标筐选所有区域，点击左侧工具栏的CoercetoSolid按钮；12按住Shift键点击工具栏的Rectangle/Square按钮输入如下参数绘制矩形：,绘制草图,13通过菜单DrawExtrude；14在Objectstoextrude列表中选择CO5，在Distance中输入1.5e-3，点击OK；15选择绘图平面左上方的Geom1标签；16通过菜单DrawExtrude；17在Objectstoextrude列表中选择R1，在Distance中输入4e-3，点击OK。,网格划分,1通过菜单DrawCreatePairs，选择EXT1和EXT2，去除Createimprints前的钩号，点击Ok；2通过菜单MeshMappedMesh，选择Edge标签；3在Edgeselection中选择1，钩选Constrainededgeelementdistribution，在Numberofedgeelements中输入5，采用同样的方式将2号边划分20份；5选择Boundary标签，在Boundaryselection列表中选择1，点击MeshSelected，点击OK；7通过菜单MeshSweptMesh，使用组合键Ctrl+A选择所有区域；9钩选Manualspecificationofelement，在Numberofelementlayers中输入10，点击OK；10在主工具栏中选择Subdomain模式，在绘图平面选择最大的区域；11通过菜单MeshInteractiveMeshingMeshSelected(Swept)划分网格；12通过菜单MeshInteractiveMeshingMeshRemaining(Swept)划分网格。,选择问题,1通过菜单MultiphysicsModelNavigator2在右侧的Multiphysics区域选择Geom2，在左侧列表中选择StructuralMechanicsModuleThermal-StructuralInteractionSolid,Stress-StrainwithThermalExpansion3点击OK,设定边界条件,1通过菜单MultiphysicsGeom2:Solid,Stress-Strain；2通过菜单PhysicsSubdomainSettings；3点击Load标签，使用组合键Ctrl+A选择所有区域，在Tempref中输入T_air；4点击Material标签；5选择区域1，点击Load按钮，选择FR4(Circuitboard)；6重复第五步，设置各个区域材料属性：7选择区域7，去除Activeinthisdomain前面的钩号，点击OK。,8通过菜单MultiphysicsGeom2:GeneralHeatTransfer；9通过菜单PhysicsSubdomainSettings，选择Conduction标签，选择区域1，在Librarymaterial列表中选择FR4(Circuitboard)；10重复第9步操作，将各个区域材料设置如下：11点击Init标签，选择所有区域，在Temperature中输入T_air，点击OK,设定边界条件,1通过菜单PhysicsBoundarySettings；2选择与空气接触的面，即3,4,8,12,19,29,30,44,46和52-63号边，在Boundarycondition列表中选择Heatflux，在Heattransfercoefficient中输入h_air，在Externaltemperature中输入T_air，点击OK；3通过菜单MultiphysicsGeom2:Solid,Stress-Strain；4通过菜单PhysicsBoundarySettings；5选择1,7,10,13,16,20,33,37,40和48号边，在Constraintcondition列表中选择Symmetryplane；6选择2、5号边，在Constraintcondition列表中选择Fixed，点击OK。,求解器设定,1通过菜单SolveSolverManager；2点击SolveFor标签，选择Geom2GeneralHeatTransfer(htgh)，点击Apply；3点击Script标签，钩选Solveusingascript，点击AddCurrentSolverSettings按钮4点击SolveFor标签，选择Geom2Solid,Stress-Strain(smsld)；5点击InitialValue标签，在Valuesofvariablenotsolvedfor区域中选择Currentsolution，点击OK；6通过菜单SolveSolverParameters，在Linearsystemsolver列表中选择Direct(SPOOLES)点击OK；7通过菜单SolveSolverManager，点击Script标签，点击AddCurrentSolverSettings按钮，点击OK，点击主工具栏的=进行求解。,结果显示,1通过菜单PostprocessingPlotParameters；2点击General标签3在Plottype中，去除Slice前的钩号，钩选Isosurface；4点击Isosurface标签,在Predefinedquantities列表中选择Temperature；5在Isosurfacelevels区域中点击Levelsoption按钮，在Numberoflevels中输入30，点击Apply。,结果显示,1将Numberoflevels设置为15；2在FillStyle列表中选择Wireframe；3点击Subdomain标签，钩选Subdomainplot，在Predefinedquantities列表中选择vonMisesstress；4点击Deform标签，钩选Deformedshape；5在Domaintypestodeform区域中，去除Boundary和Edge，在Deformationdata区域中选择Subdomain标签，在Predefinedquantities列表中选择Displacement6点击OK。,结果显示,1通过菜单OptionsSuppressSuppressSubdomains；2选择1,2,5,6,7,8和10号区域，点击OK；3通过菜单PostprocessingPlotParameters;4选择General标签，在Plottype区域，去除Isosurface和Deform前面的钩号，点击OK。,中仿信息科技有限公司是专业从事工程仿真分析软件和咨询服务的提供商，业务包括项目咨询和专业软件的集成和实施等。公司自成立至今，已为国内外数百家企业、高校及科研院所提供专业软件系统及项目咨询等服务，服务领域涉及教学科研、机械工业、土木工程、生物医学、航空航天、材料科学、化学化工、冶金科学、汽车工业、电子电器、虚拟仪器等众多行业。中仿科技和国内外众多信息化企业有着长期的紧密合作关系，我们已成为瑞典COMSOL、美国ALGOR、加拿大GEO-SLOPE、英国Thermotech、美国XYZ等世界著名软件公司在华的核心合作伙伴。公司将坚持不懈，及时为国内外客户提供全球最前沿最顶端的科技服务。中仿科技拥有一支优秀的技术团队，公司90%以上的员工均具有某一行业的专业背景，80%以上的技术支持拥有硕士或博士学位。我们将