LED燈具的多物理場(chǎng)仿真分析方法研究.pdf

1、LED具有體積小、功耗小、壽命長(zhǎng)及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),被行業(yè)認(rèn)為是能帶動(dòng)21世紀(jì)照明變革及替代傳統(tǒng)照明燈具的潛力商品。隨著LED產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬,如室內(nèi)照明、道路照明、汽車照明等,會(huì)遇到高溫、高濕、熱沖擊及過(guò)電流等多種惡劣條件,失效發(fā)生機(jī)率增大。探索有效且能迅速發(fā)現(xiàn)LED燈具關(guān)鍵失效位置及其機(jī)理的方法,是研究大功率LED照明產(chǎn)品可靠性的關(guān)注點(diǎn)之一。將仿真結(jié)果與現(xiàn)有參考文獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析,重點(diǎn)探索適用于LED照明燈具在復(fù)合工作條件下的多物理

2、場(chǎng)仿真分析方法,進(jìn)而研究LED燈具的相關(guān)可靠性問(wèn)題,主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾方面:
　　(1)根據(jù)質(zhì)量守恒定律、能量守恒定律及 Fick第二定律,運(yùn)用物理場(chǎng)分析的數(shù)學(xué)方法建立 LED燈具在濕熱環(huán)境下的數(shù)學(xué)模型;并在數(shù)學(xué)模型建立的基礎(chǔ)上,分別運(yùn)用ANSYS和COMSOL Multiphysics軟件對(duì)LED燈具的溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)及結(jié)構(gòu)場(chǎng)單物理場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值建模分析。
　　(2)對(duì)LED燈具進(jìn)行了濕-熱-結(jié)構(gòu)應(yīng)力的多物理場(chǎng)仿真分析。基于

3、多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題的分類及其解法,采用間接耦合配合迭代求解及直接耦合求解的建模方法,分別運(yùn)用ANSYS和COMSOL Multiphysics軟件進(jìn)行仿真求解,對(duì)LED燈具的濕-熱-結(jié)構(gòu)應(yīng)力多物理場(chǎng)耦合仿真分析方法進(jìn)行了較深入的研究。
　　(3)利用已建立的多物理場(chǎng)仿真分析方法,對(duì)比分析 ANSYS及 COMSOL Multiphysics兩種求解軟件的有限元仿真結(jié)果,深入探索了LED燈具關(guān)鍵失效部位,并結(jié)合燈具加速試驗(yàn)中歸納出的易

4、失效部位,進(jìn)行了初步的驗(yàn)證分析;此外,為了驗(yàn)證多物理場(chǎng)仿真分析的必要性及有效性,對(duì)比分析了單物理場(chǎng)和多物理場(chǎng)的建模分析結(jié)果。
　　研究結(jié)果表明:1)多物理場(chǎng)仿真方法用來(lái)預(yù)測(cè)LED照明燈具的易失效部位及其在濕熱環(huán)境工況下的失效模式是可行且有效的;2)針對(duì)仿真求解LED燈具的濕-熱-結(jié)構(gòu)應(yīng)力多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題,采用直接耦合求解方法是完全有必要的。COMSOL Multiphysics不僅可以實(shí)現(xiàn)直接耦合求解,而且可以方便的增加新的耦合物

5、理場(chǎng),更有利于在工程層面上的應(yīng)用;3)運(yùn)用COMSOL Multiphysics采用直接耦合方法求解多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題比運(yùn)用ANSYS APDL命令流編程采用間接耦合配合迭代方法求解具備更好的通用性,且在COMSOL Multiphysics中運(yùn)用弱解型偏微分方程應(yīng)用模式可以顯著提高求解速度。
　　本文的研究成果不但對(duì)在工程化層面開展LED照明燈具在復(fù)合工作條件下的多物理場(chǎng)耦合仿真,而且對(duì)其它系統(tǒng)的多物理場(chǎng)耦合仿真都具有比較重要的參