印刷電路板（PCB）在電子設(shè)備和其他相關(guān)應(yīng)用中無(wú)處不在。一般來(lái)說(shuō)，PCB是由多層層壓材料和多層樹(shù)脂粘合而成的。這些層嵌入有導(dǎo)電金屬部件和垂直穿過(guò)這些層的金屬通孔。

在有限元分析（FEA）中，將PCB中的主體和跡線(xiàn)建模為單元通常使用具有耦合或接觸的實(shí)體、殼和梁?jiǎn)卧Ｈ欢捎赑CB的每個(gè)樹(shù)脂層中所涉及的嵌入體數(shù)量巨大，該方法通常是困難和耗時(shí)的

網(wǎng)格獨(dú)立增強(qiáng)單元技術(shù)通過(guò)使用MESH200單元定義嵌入?yún)^(qū)域的拓?fù)洳o(wú)縫創(chuàng)建嵌入增強(qiáng)單元，為PCB建模和網(wǎng)格化提供了更好的選擇。不涉及復(fù)雜的接觸建模、耦合或困難的網(wǎng)格劃分技術(shù)。

該示例問(wèn)題演示了如何使用獨(dú)立于網(wǎng)格的增強(qiáng)單元來(lái)執(zhí)行印刷電路板（PCB）的熱結(jié)構(gòu)分析。

重點(diǎn)介紹了以下特性和功能：

使用離散和涂抹的加固單元進(jìn)行建模。

熱分析后進(jìn)行下游結(jié)構(gòu)分析。

問(wèn)題描述：

分析分為兩部分：

步驟1.求解熱邊界條件引起的熱分析。

步驟2.解決熱載荷引起的下游結(jié)構(gòu)分析。

由于運(yùn)行載荷而在一些嵌入式金屬跡線(xiàn)上產(chǎn)生的熱量會(huì)導(dǎo)致整個(gè)PCB的溫度梯度。梯度會(huì)導(dǎo)致PCB在操作期間變形，并引起熱應(yīng)力和應(yīng)變。

建模

用于穩(wěn)態(tài)熱分析的模型使用ANSYS Mechanical創(chuàng)建，生成初始網(wǎng)格的單元：

表示小銅通孔的線(xiàn)體用LINK33劃分網(wǎng)格。

代表樹(shù)脂中嵌入銅和較大通孔的其他表面體用SHELL131劃分。

使用SOLID70對(duì)層壓板和樹(shù)脂實(shí)體進(jìn)行網(wǎng)格化。SOLID70單元進(jìn)行了修改（EMODIF），以創(chuàng)建SOLID278單元，以支持增強(qiáng)單元的生成。

每個(gè)固體層壓板和樹(shù)脂體在內(nèi)表面處彼此默認(rèn)接合接觸，從而形成六個(gè)接合接觸對(duì)。

為了創(chuàng)建嵌入的加強(qiáng)單元（REINF264和REINF265），LINK33和SHELL131單元被修改（EMODIF）以創(chuàng)建等效的MESH200單元。

厚度為0.042 mm的涂抹加固的截面特性定義如下：

截面積為0.16053 mm2的離散加固的截面特性定義如下：

在選擇適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)SOLID278和MESH200單元后，將創(chuàng)建加強(qiáng)構(gòu)件（EREINF）并成形（/ESHAPE）：

對(duì)于下游結(jié)構(gòu)分析，修改了SOLID278單元（EMODIF）以創(chuàng)建等價(jià)SOLID185單元。作為熱結(jié)合接觸對(duì)的一部分的CONTA174單元也被修改以說(shuō)明結(jié)構(gòu)解決方案。然后重新選擇增強(qiáng)單元REINF264和REINF265，以實(shí)現(xiàn)它們的結(jié)構(gòu)自由度（EREINF）。

材料屬性

以下是22°C下銅、層壓材料和樹(shù)脂材料的熱性能和結(jié)構(gòu)材料性能：

邊界條件和加載

穩(wěn)態(tài)熱分析：邊界條件和加載

將內(nèi)部發(fā)熱載荷應(yīng)用于代表嵌入式銅跡線(xiàn)和通孔的選定MESH200單元組件：

在從MESH200和基礎(chǔ)構(gòu)件交叉點(diǎn)創(chuàng)建加固（EREINF）后，應(yīng)用于MESH200的邊界條件被轉(zhuǎn)移到涂抹加固構(gòu)件（BFPORT）：

對(duì)流邊界條件應(yīng)用于PCB的頂面和底面：

下游結(jié)構(gòu)分析：邊界條件和加載

PCB的端部受到所有位移自由度的約束（以綠色表示）：

分析和求解控制

該求解包括穩(wěn)態(tài)熱分析和下游結(jié)構(gòu)分析。

在應(yīng)用熱產(chǎn)生載荷和對(duì)流邊界條件后，穩(wěn)態(tài)熱解是直接的。

隨后的結(jié)構(gòu)解涉及從.rth文件（LDREAD）讀取溫度。

通過(guò)定義至少五個(gè)子步，可以實(shí)現(xiàn)大撓度。

位移收斂被啟用，熱流收斂被禁用（CNVTOL）。在求解結(jié)構(gòu)分析之前，取消選擇之前為對(duì)流定義的SURF152單元。

結(jié)果和討論

在穩(wěn)態(tài)熱分析之后，溫度結(jié)果是最重要的。以下是部分涂抹加固件的結(jié)果：

溫度梯度導(dǎo)致下游結(jié)構(gòu)分析中的變形和應(yīng)力。

以下是涂抹加固件同一部分的變形結(jié)果：

整個(gè)PCB的等效熱應(yīng)變圖（從正X軸側(cè)觀察）顯示，應(yīng)變發(fā)生在預(yù)期位置，并對(duì)應(yīng)于熱分析的加載條件：

孔隙壓力分布在某些方面與參考文獻(xiàn)的結(jié)果不同進(jìn)行類(lèi)似分析時(shí)，考慮以下提示和建議：

為實(shí)心基礎(chǔ)單元選擇足夠大的尺寸，以避免過(guò)于精細(xì)的基礎(chǔ)網(wǎng)格。如果基礎(chǔ)單元小于嵌入部件的橫截面或厚度，則熱產(chǎn)生載荷可能不會(huì)充分分布，從而導(dǎo)致對(duì)受影響區(qū)域的熱結(jié)果的過(guò)度估計(jì)。

對(duì)加固單元使用適當(dāng)?shù)慕孛婵刂圃O(shè)置（SECCONTROL），以提高結(jié)果。

考慮對(duì)所有支撐基礎(chǔ)材料使用基底移除選項(xiàng)，對(duì)均質(zhì)嵌入構(gòu)件使用全膜選項(xiàng)。