介紹

在最近過去的十年當中，設計仿真已經逐漸取代了傳統的物理樣機，設計仿真可以減少昂貴費時的物理樣機，因此可以降低新產品研發的成本和縮短開發的周期。并且允許工程師使用方便修改的電腦模型來準確地預測產品的機械性能(圖1)

圖1傳統的設計方法和使用設計仿真驗證設計方法的比較

設計驗證在結構性問題，如位移，變形，應力或者自然頻率領域的應用價值是無法衡量的。然而，結構性能方面的問題往往只是工程師在設計新產品的過程中所面臨的許多挑戰中的一個問題，還有其它在設計過程中普遍遇到遇到的設計挑戰，如過熱，熱膨脹導致的變形，過熱產生的熱應力，以及其它的一些涉及到熱傳導、對流引起的設計問題。

熱力學問題在電子產品設計中是十分普遍的.，例如冷卻風扇和散熱片必須在滿足尺寸的要求同時，還需要滿足一定的散熱效果。同時，在設計電子產品的封裝時候，必須要確保電路板有足夠的空氣流動，這樣才能避免由于熱應力而產生的變形和破裂(圖2)。

圖2電子封裝的設計需要知道電子元器件產生的熱量如何排放到環境中。

在傳統的設備設計過程中都會遇到一些熱力學的挑戰.例如一些發動機，液壓缸，電動機和抽氣機等產品都需要進行溫度，熱耗散，熱應力分析的-總之任何消耗能量的設備都需要進行熱分析。

對于某些材料加工設備，熱分析似乎不是很重要，而實際中它們的機械能轉變的熱能不僅會傳遞到到加工的工件，而且會影響到設備本身，因為熱膨脹會導致加工的尺寸精度，研究這種情況不僅僅對一些精密加工設備很重要，而且對于一些承受由于過熱而產生熱應力的撕裂機也同樣十分重要(圖3)。

圖3分析潛在的過熱在設計工業撕裂機中的傳動和承載能力是十分重要的

例3對于大多數醫療器械都應該分析其熱力學性能。如藥物分派系統必須確保其分派的藥物保持在合適的溫度，對于外科醫療設備必須避免使人體的組織承受熱沖擊，同時人體移植器官不能阻礙或者中斷人體中的熱流動，例如人體口腔的植牙齒必須要能承受一定的外部機械和熱載荷(圖4).

圖4植牙不能影響口腔組織的溫度和必并且能承受一定熱應力。