Simulationsbasierte Optimierung eines Messstandes zur optischen Vermessung von thermo-mechanischen Verformungen

Abstract:
Virtuelles Prototyping mit Einsatz der Finiten Elemente Methode (FEM) durchdringt derzeit stark die Elektronikentwicklung. Auf Baugruppenebene finden zunehmend komplexere Aufbauten (3D Aufbauformen) mit vielfältigen Materialien Platz, die zudem häufig nichtlineare temperaturabhängige und zeitabhängige Verhaltensweisen zeigen. Gerade hohe Temperaturlasten auf die Elektronik können zu kritischen thermo-mechanischen Beanspruchungen führen. Zur Senkung der Risiken sind FEM-modelle geeignet. Sie sie müssen kalibriert bzw. verifiziert vorliegen, um die Vertrauenswürdigkeit in die Berechnungsergebnisse herzustellen. Das Paper zeigt einen optischen Messaufbau, der mittels Deformationsanalyse unter Temperaturrampe, in der Lage ist die Verifizierung zu ermöglichen. Für den Messstand wird die spezifische thermische und optische Charakterisierung gezeigt. Das Strömungs- und Wärmeausbreitungsverhalten innerhalb der T-Kammer ist mittels der CFD Strömungssimulation und transienter Temperaturmessungen verstanden, angepasst und optimiert worden. Anschließen konnten die Homogenität der Prüflingsdurchwärmung im Bereich gezeigt werden. Der optischen Strahlengang und dessen Ungestörtheit durch Luftbrechungseffekte wurde optimiert. Damit sind die messtechnischen Voraussetzungen erfüllt, um eine mikrometergenaue Deformationsmessung bei konkreten Temperaturzuständen durchzuführen und ein Verifikationswerkzeug für FE-modelle liegt vor. In einer ersten Anwendungsmessung konnte der Abgleich eines FE-Modells zur realen Verformung gezeigt werden.