 |
خستگی حرارتی یک مقاومت سطحی
معرفی
یک مقاومت نصب سطحی در معرض چرخه حرارتی قرار می گیرد. تفاوت در انبساط حرارتی بین مواد باعث ایجاد تنش های حرارتی در سازه می شود. لحیم کاری که مقاومت را به برد مدار چاپی متصل می کند، به عنوان ضعیف ترین حلقه در مجموعه دیده می شود. از آنجایی که دمای عملیاتی در مقایسه با نقطه ذوب لحیم کاری بالا است، تغییر شکل خزشی رخ می دهد. به منظور اطمینان از یکپارچگی ساختاری جزء، تجزیه و تحلیل خستگی انجام می شود که در آن پیش بینی های زندگی از دو مدل خستگی مختلف مقایسه می شود.
تعریف مدل
یک مقاومت روی یک برد مدار چاپی (PCB) با لحیم کاری SnAgCu بسته می شود. لحیم کاری از طریق دو پد مسی به برد مدار چاپی و از طریق هادی NiCr به مقاومت متصل می شود. در واقع لایه‌های نازک اضافی در اطراف مقاومت وجود دارد، اما در تحلیل فعلی نادیده گرفته می‌شوند. طرحی از مجموعه نصب سطحی در شکل 1 نشان داده شده است .
شکل 1: توصیف شماتیک مقاومت نصب روی سطح.
این مقاومت از آلومینا ساخته شده و دارای ابعاد 3.2 میلی متر در 0.55 میلی متر است. در هر دو لبه با یک لایه 0.025 میلی متری از هادی نیکل پوشیده شده است . لایه نازک 0.325 میلی متر در امتداد سمت پایین و بالای مقاومت ادامه می یابد. برد مدار چاپی در مقایسه با مقاومت بزرگ است و در اینجا با ضخامت 0.8 میلی متر مدل سازی شده است. دارای دو لنت مسی در سمت بالا با ضخامت 0.025 میلی متر و عرض 1.05 میلی متر است. ضخامت فیله لحیم بین لنت های مسی و هادی NiCr 0.05 است. میلی متر شکل باقی مانده از اتصال لحیم کاری بین هر اتصال لحیم کاری بررسی شده بسیار متفاوت است و در اینجا با دو گرد کردن معرف مدل شده است.
از آنجایی که ابعاد خارج از صفحه 1.55 میلی متر است که در مقایسه با اندازه مقاومت قابل توجه است، مدل به صورت دو بعدی با فرض شرایط کرنش صفحه شبیه سازی می شود.
خواص کشسانی مواد در جدول 1 خلاصه شده است .
مواد | مدول یانگ (GPA) | نسبت پواسون | ضریب انبساط حرارتی (PPM/ ° C) |
لمینت PCB | 22 | 0.4 | 21 |
فلز مس | 141 | 0.35 | 17 |
SnAgCu | 50 | 0.4 | 21 |
NiCr | 170 | 0.31 | 13 |
آلومینا | 300 | 0.22 | 8 |
مواد لحیم کاری SnAgCu رفتار خزشی را نشان می دهد، که می تواند توسط یک مدل Garofalo مدل شود که در آن نرخ خزش با توضیح داده شده است.
(1)
که 
در آن تانسور کرنش خزشی، T دما، σ e تنش معادل، R ثابت گاز جهانی و s ij تانسور تنش انحرافی است.
در آن تانسور کرنش خزشی، T دما، σ e تنش معادل، R ثابت گاز جهانی و s ij تانسور تنش انحرافی است.بار حرارتی در طول یک چرخه عملیاتی به عنوان دمایی تجویز می شود که بین 20 درجه سانتیگراد تا 70 درجه سانتیگراد متغیر است. هر تغییر دما 2 دقیقه طول می کشد و پس از آن 3 دقیقه توقف می شود. این بدان معنی است که یک چرخه خستگی به 10 دقیقه نیاز دارد، شکل 2 را ببینید .
شکل 2: بار دما.
از آنجایی که ماده لحیم کاری غیرخطی است، به معادله 1 مراجعه کنید ، ممکن است قبل از به دست آوردن یک چرخه پایدار، شبیه سازی چندین سیکل مورد نیاز باشد.
دو مدل خستگی ارزیابی می‌شوند. اولی یک مدل از نوع Coffin-Manson مبتنی بر کرنش با کرنش خزش معادل به عنوان مکانیسم کنترل آسیب است، و دومی یک مدل نوع Morrow مبتنی بر انرژی با انرژی خزش تلف شده به عنوان مکانیزم کنترل آسیب است. ثابت‌های ماده برای مدل Coffin-Manson εf ‘ = 0.281 و c =- 0.51 هستند . ثابت های ماده برای مدل نوع Morrow Wf ‘ = 55.0 J/m 3 و m = 0.69 است .
نتایج و بحث
تفاوت در خواص الاستیک و حرارتی باعث ایجاد تنش های حرارتی در دستگاه می شود. اگرچه آنها خیلی بالا نیستند، لحیم کاری کرنش های غیرالاستیک قابل توجهی را تجربه می کند. در شکل 3 کرنش خزشی معادل انباشته شده پس از شش چرخه نشان داده شده است.
شکل 3: کرنش های خزشی در محل اتصال لحیم کاری.
بیشترین کرنش ها در لایه نازک لحیم درست زیر مقاومت رخ می دهد. این عمدتاً جزء کرنش برشی است که به کرنش خزشی معادل در آن لایه کمک می کند. مقادیر کمی بالاتر در اطراف لبه نیز تحت تأثیر مدل سازی یک گوشه تیز است. در عوض با یک فیله، فشارها تا حدودی کمتر می شود. با این وجود، مکان بالاترین کرنش به خوبی با مسیر ترک در کاربردهای واقعی مطابقت دارد.
به منظور ارزیابی خستگی، به دست آوردن یک چرخه بار پایدار مهم است. در کاربردهای مربوط به اتصالات لحیم کاری، معمولاً از کرنش غیرالاستیک یا انرژی تلف شده برای پیش بینی خستگی استفاده می شود. بنابراین تغییر کرنش خزشی در طول شش سیکل اول در نقطه ای درست زیر مقاومت ارزیابی می شود که کمی به سمت راست از گوشه تیز جابجا شده است. موضع این نکته قابل بحث است. با این حال در منطقه ای قرار دارد که بزرگترین سویه ها در آن رخ می دهد، و بنابراین به عنوان نقطه بحرانی دیده می شود. در شکل 4 ، کرنش خزشی معادل و اجزای کرنش خزشی برشی نشان داده شده است.
شکل 4: ایجاد کرنش خزشی در نقطه بحرانی زیر مقاومت.
انرژی تلف شده نشان دهنده سهم ترکیبی از تغییرات تنش ها و کرنش ها در طول یک چرخه است و در شکل 5 با پسماند برشی نشان داده شده است. جزء برشی از آنجایی انتخاب شده است که سهم غالب را به کرنش خزشی معادل در نقطه بحرانی می دهد.
شکل 5: پسماند برشی در یک نقطه بحرانی درست زیر مقاومت ارزیابی شده است.
از دو شکل آخر مشخص است که چرخه اول برای تجزیه و تحلیل خستگی نماینده نیست، زیرا پاسخ آن به طور قابل توجهی با آنچه در چرخه های بعدی تجربه شده متفاوت است. حتی پس از شش چرخه، حلقه تنش-کرنش تثبیت نشده است. چرخه دما می تواند با چرخه های اضافی افزایش یابد تا ارزیابی شود که آیا وضعیت بیشتر تثبیت می شود یا خیر. تحت برخی شرایط، ممکن است این اتفاق بیفتد که حلقه پسماند در فضای تنش-کرنش در حال حرکت باشد. در این مثال چرخه‌های اضافی شبیه‌سازی نشده‌اند، زیرا تفاوت در کرنش خزش و انرژی تلف شده بین چرخه پنج و شش کم است. با فرض اینکه چرخه های متوالی از روند پیروی می کنند و کمتر تغییر شکل می دهند و همچنین انرژی کمتری را تلف می کنند، تحلیل خستگی بر اساس نتایج چرخه ششم یک پیش بینی خستگی محافظه کارانه ارائه می دهد.
عمر خستگی بر اساس مدل Coffin-Manson در شکل 6 و عمر خستگی بر اساس مدل Morrow در شکل 7 نشان داده شده است .
شکل 6: عمر خستگی بر اساس کرنش خزش.
شکل 7: عمر خستگی بر اساس انرژی تلف شده.
خستگی بر اساس کرنش طول عمر حدود 800 چرخه می دهد، در حالی که پیش بینی انرژی 1400 چرخه را نشان می دهد.
مسیر کتابخانه برنامه: Fatigue_Module/Energy_Based/surface_mount_resistor
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard روی  2D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Structural Mechanics>Solid Mechanics (جامد) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
دنباله هندسی برای مدل در یک فایل موجود است. اگر می‌خواهید خودتان آن را از ابتدا ایجاد کنید، می‌توانید دستورالعمل‌های بخش ضمیمه — دستورالعمل‌های مدل‌سازی هندسه را دنبال کنید . در غیر این صورت، دنباله هندسی را به صورت زیر وارد کنید:
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل surface_mount_resistor_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
درون یابی 1 (int1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Interpolation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای درون یابی ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع داده ، فایل را انتخاب کنید . |
4 |  روی Browse کلیک کنید . |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل surface_mount_resistor_thermal_load_cycle.txt دوبار کلیک کنید . |
6 |  روی Import کلیک کنید . |
7 | در قسمت متن نام تابع ، thermLC را تایپ کنید . |
8 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول Argument تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
تی | دقیقه |
9 | در جدول Function تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تابع | واحد |
thermLC | tenC |
مکانیک جامدات (جامدات)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مکانیک جامدات ، بخش ضخامت را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن d ، 1.55 [mm] را تایپ کنید . |
4 | بخش رفتار گذرای ساختاری را پیدا کنید . از لیست، Quasistatic را انتخاب کنید . |
مواد الاستیک خطی 1
1 |  روی دکمه Show More Options در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید . |
2 | در کادر محاوره‌ای Show More Options ، در درخت، کادر را برای گره Physics>Advanced Physics Options انتخاب کنید . |
3 | روی OK کلیک کنید . |
4 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Solid Mechanics (solid) روی Linear Elastic Material 1 کلیک کنید . |
5 | در پنجره تنظیمات برای مواد الاستیک خطی ، برای گسترش بخش اتلاف انرژی ، کلیک کنید . |
6 | تیک گزینه Calculate dissipated Energy را انتخاب کنید . |
انبساط حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Thermal Expansion را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گسترش حرارتی ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 | از لیست T ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، thermLC(t) را تایپ کنید . |
مواد الاستیک خطی 1
در پنجره Model Builder ، روی Linear Elastic Material 1 کلیک کنید .
خزش 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Creep را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Creep ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، لحیم کاری را انتخاب کنید . |
4 | بخش ورودی مدل را پیدا کنید . از لیست T ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، thermLC(t) را تایپ کنید . |
5 | بخش Creep Model را پیدا کنید . از لیست مدل Material ، Garofalo ( سینوس هایپربولیک) را انتخاب کنید . |
6 | زیربخش اثرات حرارتی را پیدا کنید . از لیست g ( T ) ، Arrhenius را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن Q ، 53200 را تایپ کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 19 و 20 را انتخاب کنید. |
غلتک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Roller را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
مواد
PCB
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، PCB را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست Selection ، Rectangle 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 22 [GPa] | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.4 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 0 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ضریب انبساط حرارتی | alpha_iso ; alphaii = alpha_iso، alphaij = 0 | 21e-6 | 1/K | پایه ای |
فلز مس
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، Copper را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست Selection ، Rectangle 3 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 141 [GPa] | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.35 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 0 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ضریب انبساط حرارتی | alpha_iso ; alphaii = alpha_iso، alphaij = 0 | 16.6e-6 | 1/K | پایه ای |
لحیم کاری
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Solder را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، لحیم کاری را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 50 [GPa] | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.4 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 0 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ضریب انبساط حرارتی | alpha_iso ; alphaii = alpha_iso، alphaij = 0 | 21e-6 | 1/K | پایه ای |
ضریب سرعت خزش | A_gar | 262000 | 1/s | گاروفالو (سینوس هایپربولیک) |
استرس مرجع | sigRef_gar | 39.1[MPa] | N/m² | گاروفالو (سینوس هایپربولیک) |
نشان دهنده استرس | n_بار | 6.19 | 1 | گاروفالو (سینوس هایپربولیک) |
NiCr
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، NiCr را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، NiCr را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 170 [GPa] | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.31 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 0 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ضریب انبساط حرارتی | alpha_iso ; alphaii = alpha_iso، alphaij = 0 | 13e-6 | 1/K | پایه ای |
آلومینا
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Alumina را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست Selection ، Rectangle 2 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 300 [GPa] | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.22 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 0 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ضریب انبساط حرارتی | alpha_iso ; alphaii = alpha_iso، alphaij = 0 | 8e-6 | 1/K | پایه ای |
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از فهرست اندازه عنصر ، Finer را انتخاب کنید . |
مثلثی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Free Triangular کلیک کنید .
Free Triangular کلیک کنید .توزیع 1
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 8 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of element ، عدد 30 را تایپ کنید . |
5 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: وابسته به زمان
یک تاریخچه زمانی 6 چرخه را شبیه سازی کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی زمان خروجی ، محدوده (0,10,60*60) را تایپ کنید . |
4 | از لیست Tolerance ، User controlled را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متنی Relative tolerance ، 1e-4 را تایپ کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Time History را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
برای بهبود نتایج خزش، گام‌های دقیقی را در زمان اجباری کنید.
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید ، سپس روی Time-Dependent Solver 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای حل وابسته به زمان ، برای گسترش بخش Time Steping کلیک کنید . |
4 | از لیست مراحل انجام شده توسط حل کننده ، Strict را انتخاب کنید . |
5 | در پنجره Model Builder ، گره Time History>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Time-Dependent Solver 1 را گسترش دهید . |
6 | روی Time History کلیک راست کرده و Compute را انتخاب کنید . |
نتایج
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Stress (solid) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
تغییر شکل
1 | در پنجره Model Builder ، گره Surface 1 را گسترش دهید . |
2 | روی Deformation کلیک راست کرده و Enable را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای تغییر شکل ، بخش مقیاس را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Scale factor را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، 20 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Predefined Plot کلیک کنید . |
طرح از پیش تعریف شده را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Predefined Plot بروید . |
2 | در درخت، Time History/Solution 1 (sol1)>Solid Mechanics>Equivalent Creep Strain (جامد) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add Plot در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Predefined Plot کلیک کنید . |
نتایج
سطح 1
نمایش تاریخچه کرنش خزش جزء برشی بیشترین سهم را در کرنش خزشی معادل دارد.
کرنش خزش
1 | در پنجره Model Builder ، گره Equivalent Creep Strain (solid) را گسترش دهید . |
2 | روی Results کلیک راست کرده و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Creep Strain را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
نمودار نقطه 1
1 | روی Creep Strain کلیک راست کرده و Point Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار نقطه ، بخش انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، نقطه 1 را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Solid Mechanics>Srain (نقاط Gauss )>solid.eceGp – Equivalent creep strain را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
6 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
تاثير گذار |
نمودار نقطه 2
1 | روی Point Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطه‌ای ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)> Solid Mechanics> Strain ( نقاط گاوس)> تانسور کرنش خزش، سیستم مختصات محلی >solid.eclGp12 – تانسور کرنش خزشی ، سیستم مختصات محلی ، 12 جزء را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
برش |
کرنش خزش
1 | در پنجره Model Builder ، روی Creep Strain کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، قسمت Legend را پیدا کنید . |
3 | از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Creep Strain ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمایش پسماند تنش-کرنش رفتار برشی.
هیسترزیس برشی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Shear Hysteresis را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
نمودار نقطه 1
1 | روی Shear Hysteresis کلیک راست کرده و Point Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار نقطه ، بخش انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، نقطه 1 را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Solid Mechanics>Stress ( نقاط گاوس)> تانسور تنش، ارزیابی نقطه گاوس ( قاب فضایی) – N/m²>solid.sGpxy – تانسور تنش، ارزیابی نقطه گاوس ، xy-component را انتخاب کنید . |
5 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
6 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
7 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش x-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)> Solid Mechanics> Strain ( نقاط گاوس)> تانسور کرنش خزش، سیستم مختصات محلی >solid.eclGp12 – تانسور کرنش خزشی ، سیستم مختصات محلی ، 12 جزء را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار Shear Hysteresis ، روی  Plot کلیک کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics باز شود . |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، Structural Mechanics>Fatigue (ftg) را انتخاب کنید . |
4 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادر حل را برای تاریخچه زمانی پاک کنید . |
5 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
خستگی، تابوت-منسون
در پنجره تنظیمات برای خستگی ، Fatigue, Coffin-Manson را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
Strain-Life 1
1 | روی Component 1 (comp1)>Fatigue, Coffin-Manson کلیک راست کرده و ارزیابی دامنه Strain-Life را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Strain-Life ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، لحیم کاری را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Solution Field را پیدا کنید . از لیست رابط فیزیک ، مکانیک جامدات (جامد) را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Fatigue Model Selection را پیدا کنید . از فهرست Criterion ، Coffin-Manson را انتخاب کنید . |
6 | از لیست نوع کرنش ، کرنش خزشی معادل را انتخاب کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، Structural Mechanics>Fatigue (ftg) را انتخاب کنید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادر حل را برای تاریخچه زمانی پاک کنید . |
4 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Physics ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
خستگی، مارو
در پنجره تنظیمات برای خستگی ، Fatigue, Morrow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
مبتنی بر انرژی 1
1 | روی Component 1 (comp1)>Fatigue, Morrow کلیک راست کرده و ارزیابی دامنه مبتنی بر انرژی را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به انرژی ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، لحیم کاری را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Solution Field را پیدا کنید . از لیست رابط فیزیک ، مکانیک جامدات (جامد) را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Fatigue Model Selection را پیدا کنید . از لیست نوع انرژی ، چگالی اتلاف خزش را انتخاب کنید . |
مواد
لحیم کاری (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Materials>Solder (mat3) را گسترش دهید ، سپس روی Solder (mat3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، روی قسمت Material Properties کلیک کنید . |
3 | در درخت خواص مواد ، Solid Mechanics>Fatigue Behavior>Energy-Based> Morrow را انتخاب کنید . |
4 |  روی افزودن به مواد کلیک کنید . |
5 | در درخت خواص مواد ، Solid Mechanics>Fatigue Behavior>Strain-Based>Coffin-Manson را انتخاب کنید . |
6 |  روی افزودن به مواد کلیک کنید . |
7 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials>Solder (mat3) روی Morrow (fatigueEnergyMorrow) کلیک کنید . |
8 | در پنجره تنظیمات برای Morrow ، بخش Output Properties را پیدا کنید . |
9 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | اصطلاح | واحد | اندازه |
ضریب انرژی خستگی | Wf_Morrow | 55e6 [J/m^3] | J/m³ | 1×1 |
توان انرژی خستگی | m_فردا | -0.69 | 1 | 1×1 |
10 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials>Solder (mat3) روی Coffin-Manson (fatigueStrainCoffinManson) کلیک کنید . |
11 | در پنجره تنظیمات برای Coffin-Manson ، بخش Output Properties را پیدا کنید . |
12 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | اصطلاح | واحد | اندازه |
ضریب شکل پذیری خستگی | epsilonf_CM | 0.218 | 1 | 1×1 |
توان شکل پذیری خستگی | c_CM | -0.51 | 1 | 1×1 |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادر حل را برای Solid Mechanics (جامد) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، مطالعات از پیش تعیین شده برای رابط های فیزیک انتخاب شده > خستگی را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
خستگی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، خستگی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
مرحله 1: خستگی
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Fatigue روی Step 1: Fatigue کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای خستگی ، قسمت Values of Dependent Variables را پیدا کنید . |
3 | مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
4 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
5 | از لیست مطالعه ، تاریخچه زمان ، وابسته به زمان را انتخاب کنید . |
6 | از لیست زمان (ها) ، از لیست را انتخاب کنید . |
7 | از لیست انتخاب زمان (ها) ، مراحل زمانی را از 3000 ثانیه تا 3600 ثانیه انتخاب کنید. |
8 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
دو گروه طرح جدید ایجاد می شود. آنها چرخه های شکست را برای هر مدل خستگی نشان می دهند، به شکل 6 و شکل 7 مراجعه کنید .
نتایج
چرخه هایی به سوی شکست، تابوت-منسون
1 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دوبعدی ، Cycles to Failure، Coffin-Manson را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Cycles to Failure، Coffin-Manson را گسترش دهید . |
نشانگر 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Cycles to Failure، Coffin-Manson>Surface 1 را گسترش دهید ، سپس روی Marker 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نشانگر ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست نقطه لنگر ، پایین سمت راست را انتخاب کنید . |
چرخه های شکست، مورو
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Cycles to Failure (ftg2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، Cycles to Failure، Morrow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Cycles را به Failure, Morrow گسترش دهید . |
نشانگر 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Cycles to Failure، Morrow>Surface 1 را گسترش دهید ، سپس روی Marker 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نشانگر ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست نقطه لنگر ، پایین سمت راست را انتخاب کنید . |
ضمیمه – دستورالعمل های مدل سازی هندسه
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 3.1 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.8 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 1.6 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.55 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 1.5 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن y ، 0.9 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
مستطیل 3 (r3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 1.05 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.025 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 0.825 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن y ، 0.8 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
مستطیل 4 (r4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 0.35 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.6 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، 1.475 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن y ، 0.875 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
8 | در کادر محاوره ای New Cumulative Selection ، در قسمت متن Name، NiCr را تایپ کنید . |
9 | روی OK کلیک کنید . |
10 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
درجه دوم Bézier 1 (qb1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Quadratic Bézier را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Quadratic Bézier ، بخش Control Points را پیدا کنید . |
3 | در ردیف 1 ، x را روی 0.825 تنظیم کنید . |
4 | در ردیف 1 ، y را روی 0.825 تنظیم کنید . |
5 | در ردیف 2 ، x را روی 1.35 قرار دهید . |
6 | در ردیف 2 y را روی 0.95 قرار دهید . |
7 | در ردیف 3 ، x را روی 1.475 تنظیم کنید . |
8 | در ردیف 3 ، y را روی 1.475 تنظیم کنید . |
9 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
چند ضلعی 1 (pol1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Polygon کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Polygon ، بخش Object Type را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع ، منحنی باز را انتخاب کنید . |
4 | بخش مختصات را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
X (MM) | Y (میلی متر) |
1.475 | 1.475 |
1.475 | 0.875 |
1.825 | 0.875 |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
قوس دایره ای 1 (ca1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Circular Arc را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای قوس دایره ای ، قسمت مرکز را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، 1.875 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y ، 0.875 را تایپ کنید . |
5 | بخش Radius را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، 0.05 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Angles را پیدا کنید . در قسمت متن زاویه شروع ، 180 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت نوشتار زاویه پایان ، 270 را تایپ کنید . |
8 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
بخش خط 1 (ls1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Line Segment را انتخاب کنید . |
2 | در شیء ca1 ، فقط نقطه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Line Segment ، قسمت Endpoint را پیدا کنید . |
4 | زیربخش End vertex را پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | در شی qb1 ، فقط نقطه 1 را انتخاب کنید. |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
تبدیل به جامد 1 (csol1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Conversions کلیک کنید و Convert to Solid را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء ca1 ، ls1 ، pol1 و qb1 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای تبدیل به جامد ، قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . |
4 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای New Cumulative Selection ، در قسمت متن نام ، Solder را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای تبدیل به جامد ، روی  ساخت انتخاب شده کلیک کنید . |
نقطه 1 (pt1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی  نقطه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، 1.48 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y ، 0.87 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
6 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
نادیده گرفتن لبه‌ها 1 (ige1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Virtual Operations کلیک کنید و گزینه Ignore Edges را انتخاب کنید . |
2 | در باله شی ، فقط مرز 14 را انتخاب کنید.  |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
فرم اتحادیه (فین)
روی ساخت همه کلیک کنید .
