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例題５ ストリップラインの発熱解析(電流指定)
本例題について
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ベンド形状を有するストリップラインに電流を与え、電流をシミュレーション（電場解析）し､引き続いて
その電流に起因するジュール熱によって発生した温度上昇分布をシミュレーション（熱伝導解析）した例を示します。
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境界条件の設定で電流を与えています。
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ストリップライン上の電流分布や発熱後の温度分布を解析結果として見ることができます。
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表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
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Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
解析モデルダウンロード
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プロジェクトファイルをダウンロード（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
3次元 |
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モデル単位 |
mm |
解析条件
電場解析と熱伝導解析の連成解析になりますのでソルバは電場解析[Coulomb]と熱伝導解析[Watt]を選択します。
また、定常状態のみ結果を得ることを目的とし、解析の種類は定常解析とします。
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項目 |
条件 |
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ソルバ |
電場解析[Coulomb] 熱伝導解析[Watt] |
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解析の種類 |
定常解析 |
モデル図
ストリップラインの基板部分は直方体のソリッドボディを作成して定義し、ライン部は
基板の表面に構成したシートボディを作成して定義しています。
ボディ属性および材料の設定
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ボディ No./ボディ タイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
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0/Solid |
Board |
001_アルミナ※ |
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6/Sheet |
StripLine |
008_銅Cu※ |
※材料データベースを利用
本モデルではアルミナ基板には電流が流れない前提とし電場解析の対象外とします。
またストリップライン部は形状モデル上は厚みが0であるシートボディを使用していますので
計算モデル上の厚みを設定します。（厚み設定によって電流値、発熱量が変わります。）
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ボディ属性名 |
厚み/幅 |
解析領域 |
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Board |
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ソルバ：電場/Coulombのチェックをはずす |
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StripLine |
Sheet厚み：0.1mm |
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Board部分は電場解析では使用しませんが、Coulomb/Wattの解析をスタートするためには抵抗率/導電率として
何らかの値を設定をする必要があります。001_アルミナのデータベース値では抵抗率はブランク
となってますのでここでは暫定的に1．0としています。（計算結果には影響しません）
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材料名 |
抵抗率 |
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001_アルミナ |
1.0[Ωm] |
境界条件
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境界条件Ｔ0を用いて基板の底面側の温度を25度と設定しています。
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境界条件T_Wallを用いて断熱境界条件をストリップラインの横断面に設定しておりますが、
このようにすることで後述の外部境界条件がその面には適用されないようになります。 -
境界条件V1を用いてストリップラインの端に電流値を定義しています。
境界条件V0は電流が流出する面をあらわしています。 -
外部境界条件として室温25度の空気中への熱伝達を設定しています。
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境界条件名/トポロジ |
タブ |
境界条件の種類 |
条件 |
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T_Wall/Face |
熱 |
断熱 |
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T0/Face |
熱 |
温度 |
25[deg] |
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V0/Edge |
電気 |
電流指定、流出面 |
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V1/Edge |
電気 |
電気壁 |
電流指定、波形：一定、流入面、電流：100A |
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外部境界条件※ |
熱 |
熱伝達・対流 |
熱伝達係数：10[W/m2/deg] 室温：25[degree] |
※外部境界条件は[モデル]タブの
[外部境界条件]
をクリックして設定できます。
解析結果
電場解析結果として電流密度ベクトルを示します。
ストリップラインのベンド部において局所的に電流密度の分布が発生していることが分かります。
熱伝導解析結果として温度のコンター図を示します。
ストリップラインにそって発熱による温度上昇が発生し,アルミナ基板へ熱が伝わっている様子が分かります。。