介紹

在最近過去的十年當中，設(shè)計仿真已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的物理樣機，設(shè)計仿真可以減少昂貴費時的物理樣機，因此可以降低新產(chǎn)品研發(fā)的成本和縮短開發(fā)的周期。并且允許工程師使用方便修改的電腦模型來準確地預(yù)測產(chǎn)品的機械性能(圖1)

圖1傳統(tǒng)的設(shè)計方法和使用設(shè)計仿真驗證設(shè)計方法的比較

設(shè)計驗證在結(jié)構(gòu)性問題，如位移，變形，應(yīng)力或者自然頻率領(lǐng)域的應(yīng)用價值是無法衡量的。然而，結(jié)構(gòu)性能方面的問題往往只是工程師在設(shè)計新產(chǎn)品的過程中所面臨的許多挑戰(zhàn)中的一個問題，還有其它在設(shè)計過程中普遍遇到遇到的設(shè)計挑戰(zhàn)，如過熱，熱膨脹導(dǎo)致的變形，過熱產(chǎn)生的熱應(yīng)力，以及其它的一些涉及到熱傳導(dǎo)、對流引起的設(shè)計問題。

熱力學(xué)問題在電子產(chǎn)品設(shè)計中是十分普遍的.，例如冷卻風(fēng)扇和散熱片必須在滿足尺寸的要求同時，還需要滿足一定的散熱效果。同時，在設(shè)計電子產(chǎn)品的封裝時候，必須要確保電路板有足夠的空氣流動，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)計過程中都會遇到一些熱力學(xué)的挑戰(zhàn).例如一些發(fā)動機，液壓缸，電動機和抽氣機等產(chǎn)品都需要進行溫度，熱耗散，熱應(yīng)力分析的-總之任何消耗能量的設(shè)備都需要進行熱分析。

對于某些材料加工設(shè)備，熱分析似乎不是很重要，而實際中它們的機械能轉(zhuǎn)變的熱能不僅會傳遞到到加工的工件，而且會影響到設(shè)備本身，因為熱膨脹會導(dǎo)致加工的尺寸精度，研究這種情況不僅僅對一些精密加工設(shè)備很重要，而且對于一些承受由于過熱而產(chǎn)生熱應(yīng)力的撕裂機也同樣十分重要(圖3)。

圖3分析潛在的過熱在設(shè)計工業(yè)撕裂機中的傳動和承載能力是十分重要的

例3對于大多數(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，同時人體移植器官不能阻礙或者中斷人體中的熱流動，例如人體口腔的植牙齒必須要能承受一定的外部機械和熱載荷(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。