[發(fā)明專利]一種基于分形理論的接觸熱導(dǎo)建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110228599.4
• 申請(qǐng)日: 2021-03-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112966376B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張平;陳冠鋒;周漫;王浩楠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 常曉慧

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于分形理論的接觸熱導(dǎo)建模方法，該方法在實(shí)際工程粗糙表面的基礎(chǔ)上應(yīng)用分形理論建立接觸熱導(dǎo)模型，該方法首先在實(shí)際工程表面的基礎(chǔ)上使用W?M函數(shù)構(gòu)建具有各向同性的三維分形表面，并通過(guò)功率譜密度函數(shù)加以驗(yàn)證；其次，分析接觸點(diǎn)的三種形變狀態(tài)，包括彈性變形、彈?塑性變形和完全塑性變形；最后通過(guò)積分法求取整體收縮熱導(dǎo)，同時(shí)考慮間隙氣體熱導(dǎo)。該方法有效避免儀器分辨率和取樣長(zhǎng)度對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于系統(tǒng)熱管理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于分形理論的接觸熱導(dǎo)建模方法。

背景技術(shù)

接觸傳熱現(xiàn)象廣泛存在于能源、微電子封裝、航空航天等眾多工程領(lǐng)域，其中接觸熱導(dǎo)是衡量界面熱傳遞效率的重要指標(biāo)之一，然而接觸熱阻的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)始終是系統(tǒng)熱管理中的瓶頸問(wèn)題。從上世紀(jì)六十年代開(kāi)始，就有學(xué)者對(duì)接觸熱導(dǎo)進(jìn)行研究，并將不同的形貌模型、形變模型、和導(dǎo)熱模型相結(jié)合建立預(yù)測(cè)模型。但是，這些模型都是建立在統(tǒng)計(jì)特性為特征的形貌模型基礎(chǔ)上，這些表面形貌參數(shù)(輪廓算術(shù)平均偏差、輪廓均方根誤差、均方根坡度、均方根曲率等)受儀器分辨率和取樣長(zhǎng)度的影響，因而其計(jì)算結(jié)果也表現(xiàn)出不確定性。與此相反，分形函數(shù)定義的粗糙表面不受儀器分辨率和取樣長(zhǎng)度的影響，具有尺度獨(dú)立性。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種接觸熱導(dǎo)的獲取方法，該方法有效避免儀器分辨率和取樣長(zhǎng)度對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。

本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)技術(shù)手段如下：一種基于分形理論的接觸熱導(dǎo)建模方法，該方法首先在實(shí)際工程表面的基礎(chǔ)上使用W-M函數(shù)構(gòu)建具有各向同性的分形表面，并通過(guò)功率譜密度函數(shù)加以驗(yàn)證。其次，分析接觸點(diǎn)的三種形變狀態(tài)，包括彈性變形、彈-塑性變形和完全塑性變形。最后通過(guò)積分法求取整體收縮熱導(dǎo)，同時(shí)考慮間隙氣體熱導(dǎo)。具體包括如下步驟：

(1)測(cè)量實(shí)際工程粗糙表面，對(duì)測(cè)量的實(shí)際工程粗糙表面進(jìn)行噪聲處理計(jì)算面粗糙度，得到表面高度數(shù)據(jù)；

(2)應(yīng)用表面高度數(shù)據(jù)，通過(guò)W-M函數(shù)構(gòu)建具有各向同性的分形表面，并通過(guò)功率譜密度函數(shù)驗(yàn)證其各向同性；

(3)分析接觸點(diǎn)的三種形變狀態(tài)，包括彈性變形、彈-塑性變形和完全塑性變形；

(4)通過(guò)積分法求取收縮熱導(dǎo)；

(5)將氣體的間隙導(dǎo)熱看作是具有等效間隙厚度的兩個(gè)絕熱平行界面之間的間隙導(dǎo)熱問(wèn)題，以此求取間隙氣體熱導(dǎo)，并且首先考慮氣體稀薄效應(yīng)的影響；

(6)并聯(lián)收縮熱導(dǎo)和間隙氣體熱導(dǎo)得到粗糙表面的整體接觸熱導(dǎo)值。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：使用結(jié)構(gòu)函數(shù)計(jì)算分形維數(shù)，同時(shí)使用表面功率譜函數(shù)對(duì)分形表面的各向同性進(jìn)行驗(yàn)證。接觸熱導(dǎo)的計(jì)算考慮了收縮熱導(dǎo)和間隙氣體熱導(dǎo)。該方法有效避免儀器分辨率和取樣長(zhǎng)度對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。

附圖說(shuō)明

圖1為分形粗糙表面。

圖2為單個(gè)接觸點(diǎn)形變示意圖。

圖3為接觸熱導(dǎo)隨接觸壓力變化關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更加清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)和有益效果，申請(qǐng)人在下面以實(shí)施例的方式做詳細(xì)說(shuō)明，但是對(duì)實(shí)施例的描述均不是對(duì)本發(fā)明方案的限制，任何依據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所作出的僅僅為形式上而非實(shí)質(zhì)性的等效變換都應(yīng)視為本發(fā)明的技術(shù)方案范疇。

本發(fā)明提出一種基于實(shí)際工程表面的分形接觸熱導(dǎo)建模方法，下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)行具體說(shuō)明。

一種基于實(shí)際工程表面的分形接觸熱導(dǎo)建模方法，包括如下步驟：

步驟(1)表面形貌的構(gòu)建

根據(jù)Weierstrass-Mandelbrot(W-M)函數(shù)構(gòu)建三維分形表面：