循环载荷下电子元件的界面层裂扩展

   本案例基于ANSYS经典界面利用APDL完成了循环位移载荷下电子元件的界面层裂分析，案例详尽完整，既包括建模仿真，又包括案例的深度剖析，更增添了试验验证对比分析，保证仿真结果的可行性与可信性！让初学者更容易读懂的案例解析。

   此案例的模型来源于常见的模塑封电子元器件，针对封装材料环氧模塑化合物引脚铜材料的准静态界面裂纹扩展。考虑了真实的封装过程中的降温过程，从120摄氏度降到25摄氏度。先进行了降温分析，然后进行了相应的力学分析，建立了二维和三维的裂纹扩展模型，基于能量释放率的内聚力模型，施加循环位移载荷，求解得到模型的应力和裂纹扩展曲线。

   部分命令流如下所示。

TUNIF,TEMP,120

NSEL,S,LOC,Y,, 

BF,ALL,TEMP,25 

ALLSEL,ALL

......

TB,CZM,2,,,CBDE   

TBDATA,1,10,25e-3,20,86e-3,1e-8

......

初始裂纹的设置采用接触对和ESURF命令。

部分模型的裂纹扩展图（以下只是部分模型，针对模型SD0的）。

裂纹扩展完成后获取了线弹性条件下的模型应力分布图。此图主要作为确定塑性分析屈服强度的参考数据。

提取的部分模型的位移加载点的裂纹扩展曲线。此图考虑了线弹性和弹塑性两种情况下的裂纹扩展曲线，关于塑性模型的选取可参考附录的PDF文档。

以上裂纹能够扩展，关键是要确定好两点，如何形成初始裂纹和内聚力单元，采用的界面材料的断裂准则。除了上述裂纹扩展的分析外，还获取了特定裂纹长度下的J积分数值。在计算J积分是，裂纹尖端的网格划分比较重要，下面给出了几种不同软件划分的裂纹尖端网格模型。J积分的计算主要涉及的方法是相互作用积分法。

考虑塑性时裂纹尖端的塑性应变，此应变图可以用来解释弹塑性条件下J积分计算的合理性。

此外，还讨论了去除内聚力以后特定裂纹长度循环载荷下的裂纹扩展曲线（考虑了80个循环），如下图。这里明显考虑了材料的弹塑性，卸载以后不会再回到原来的位置，产生了永久的塑性变形。

有关案例的其余内容，笔者在此不再做详细的介绍，具体可以参考附录的PDF文档。

案例标签：断裂力学   扩展曲线  J积分 内聚力

循环载荷下电子元件的界面层裂扩展 .pdf