介紹

在最近過(guò)去的十年當(dāng)中，設(shè)計(jì)仿真已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的物理樣機(jī)，設(shè)計(jì)仿真可以減少昂貴費(fèi)時(shí)的物理樣機(jī)，因此可以降低新產(chǎn)品研發(fā)的成本和縮短開(kāi)發(fā)的周期。并且允許工程師使用方便修改的電腦模型來(lái)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)產(chǎn)品的機(jī)械性能(圖1)

圖1傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和使用設(shè)計(jì)仿真驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的比較

設(shè)計(jì)驗(yàn)證在結(jié)構(gòu)性問(wèn)題，如位移，變形，應(yīng)力或者自然頻率領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值是無(wú)法衡量的。然而，結(jié)構(gòu)性能方面的問(wèn)題往往只是工程師在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的過(guò)程中所面臨的許多挑戰(zhàn)中的一個(gè)問(wèn)題，還有其它在設(shè)計(jì)過(guò)程中普遍遇到遇到的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，如過(guò)熱，熱膨脹導(dǎo)致的變形，過(guò)熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力，以及其它的一些涉及到熱傳導(dǎo)、對(duì)流引起的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

熱力學(xué)問(wèn)題在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中是十分普遍的.，例如冷卻風(fēng)扇和散熱片必須在滿足尺寸的要求同時(shí)，還需要滿足一定的散熱效果。同時(shí)，在設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的封裝時(shí)候，必須要確保電路板有足夠的空氣流動(dòng)，這樣才能避免由于熱應(yīng)力而產(chǎn)生的變形和破裂(圖2)。

圖2電子封裝的設(shè)計(jì)需要知道電子元器件產(chǎn)生的熱量如何排放到環(huán)境中。

在傳統(tǒng)的設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中都會(huì)遇到一些熱力學(xué)的挑戰(zhàn).例如一些發(fā)動(dòng)機(jī)，液壓缸，電動(dòng)機(jī)和抽氣機(jī)等產(chǎn)品都需要進(jìn)行溫度，熱耗散，熱應(yīng)力分析的-總之任何消耗能量的設(shè)備都需要進(jìn)行熱分析。

對(duì)于某些材料加工設(shè)備，熱分析似乎不是很重要，而實(shí)際中它們的機(jī)械能轉(zhuǎn)變的熱能不僅會(huì)傳遞到到加工的工件，而且會(huì)影響到設(shè)備本身，因?yàn)闊崤蛎洉?huì)導(dǎo)致加工的尺寸精度，研究這種情況不僅僅對(duì)一些精密加工設(shè)備很重要，而且對(duì)于一些承受由于過(guò)熱而產(chǎn)生熱應(yīng)力的撕裂機(jī)也同樣十分重要(圖3)。

圖3分析潛在的過(guò)熱在設(shè)計(jì)工業(yè)撕裂機(jī)中的傳動(dòng)和承載能力是十分重要的

例3對(duì)于大多數(shù)醫(yī)療器械都應(yīng)該分析其熱力學(xué)性能。如藥物分派系統(tǒng)必須確保其分派的藥物保持在合適的溫度，對(duì)于外科醫(yī)療設(shè)備必須避免使人體的組織承受熱沖擊，同時(shí)人體移植器官不能阻礙或者中斷人體中的熱流動(dòng)，例如人體口腔的植牙齒必須要能承受一定的外部機(jī)械和熱載荷(圖4).

圖4植牙不能影響口腔組織的溫度和必并且能承受一定熱應(yīng)力。