COMSOL多层板的热应力.pdf

节选段落一：
在 COMSOL Multiphysics 5.6 版本中创建
多层板的热应力
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简介
本例分析多层板的热应力。多层板由三层组成：涂层、基板和承载层。涂层在 800C
的温度条件下沉积在基板上。在这个温度下，涂层和基板中都没有应力。在分析的第
一阶段，板的温度降低到 150C，这在涂层 / 基板装配中引起热应力。


节选段落二：
在这个温度下，
用环氧树脂将涂层 / 基板装配胶合到无应力承载层。在分析的第二阶段，整个装配的温
度降低到 20C，我们对热应力进行分析。
模型定义
我们将板视为厚板，因此板处于平面应变状态。我们使用二维 “固体力学”接口对板
进行建模。板的几何结构如图 1 所示。几何结构的底层是承载层，中间层是基板，顶
层是涂层。
图 1：板的几何结构。
材料属性
这三层被模拟为各向同性和线弹性，它们的热膨胀系数是恒定的。各层的材料属性如
表格 1、表格 2 和表格 3 所示。
2 | 多层板的热应力
承载层的激活
承载层仅存在于分析的第二阶段。使用线弹性材料下的激活子节点可以很方便地激活该
层。


节选段落三：
请注意，即使承载层的应变参考温度 (800°C) 不同于激活时的温度，它也将在无应
力状态下激活。
载荷和边界条件
板上的载荷由施加的均匀温度场组成。首先，涂层和基板的温度从初始温度 800C 降
低到 150C。在此温度变化期间，承载层尚未存在。在 150C 时，承载层通过激活子特
征被激活，整个装配的温度降至 20C。
使用刚体运动抑制特征约束板。
表格 1：承载层的材料属性。
材料属性 值
E 215 GPa
 0.3
 1000 kg/m3
 6.6·10-6 K-1
表格 2：基板的材料属性。