定常温度解析 — CAE用語解説

ほぼ同じ概念だけど、「定常温度解析」のほうがFEMソフト側の用語としてよく使われる。Ansys Mechanicalなら「Steady-State Thermal」解析タイプとして選択するし、Abaqusなら*HEAT TRANSFERのsteady-stateオプション。対流や輻射を含む場合も「定常温度解析」と呼ぶから、純粋な熱伝導以外も含むことがあるよ。

代表的なのはパワー半導体モジュールの最大ジャンクション温度の予測だね。一定電力で連続通電した状態での温度分布を見て、Tj(max)が許容値以内かを確認する。LEDモジュールの基板温度予測、配電盤内の温度分布評価なんかも定常温度解析の定番だよ。

多くの場合、表面に熱伝達係数h [W/(m²·K)]と周囲温度T∞を設定する「対流境界条件」を使う。自然対流ならh ≈ 5〜25、強制空冷ならh ≈ 25〜250くらいが目安。CFDとの連成で正確なhを求める方法もあるけど、定常温度解析の初期検討では経験値で十分なことが多いよ。

定常解析では左辺のρc_p·∂T/∂tがゼロになるから、計算量は非定常解析より格段に少ない。

非常に一般的。定常温度解析で温度分布を求めて、それを構造解析にマッピングして熱膨張による変形や熱応力を計算する。電子基板やエンジン部品の設計では、この熱→構造の一方向連成が標準ワークフローだよ。

定常熱伝導の基礎式と、熱抵抗、境界条件の3つがポイントだよ。

• 定常熱伝導
• 熱抵抗
• 境界条件

そう。熱伝達係数の値が結果を大きく左右するから、まずは文献値で計算して、実測と比較してキャリブレーションするのがベストプラクティスだよ。