Презентация 5 мб
advertisement
ИЕРАРХИЧЕСКИЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В РЭУ 1 1 Уровень 4 ММ шкафов и стоек 1 1 n 1 1 Уровень 3 ММ блоков и приборов 1 n Уровень 2 n ММ печатных узлов функц-ых ячеек и 1 n n Уровень 1 n ММ микросборок и интегральных схем 1 n n n Уровень 0 ММ электрорадио - элементов Математические модели верхних уровней иерархии (уровни 3, 4 ) Эквивалентные схемы Модель аэродинамических процессов Тепловые и аэродинамические процессы в блоке РЭУ Модель тепловых процессов Упрощенная модель механических процессов Математические модели нижних уровней иерархии (уровни 0 … 2 ) Конечноэлементая модель платы Конечноэлементая модель ЭРИ и результаты её расчёта Трёхмерный эскиз печатного узла и его топологическая модель Результаты расчёта механических процессов Результаты расчёта тепловых процессов Программные средства математического моделирования Программные средства моделирования Э., Т., ГА., М. процессов в РЭУ Универсальные Тепловые процессы: Ansys/Thermal; Nastran; Cosmos Works; Simula; FEMAP|Thermal Solver Механические процессы: Ansys/Mechanical; Nastran; Cosmos Works; Simula; Pro/ENGINEER Mechanica Гидроаэродинамические процессы: Ansys/CFD; Cosmos FlowWorks; FLUENT; Abaqus; FEMAP/Flow Solver Проблемно ориентированные Электрические процессы: PCAD; OrCAD; PSB Systems “MG”; Altium Designer (Protel) Гидроаэродинамические процессы: АСОНИКА-П, Ansys/IceBoard/ Icepack; Qfin; FLOTHERM Тепловые процессы: АСОНИКА- Т / ТМ/ П; Ansys/ IceBoard/ Icepack; BetaSoft; PCAnalize; Qfin; FLOTHERM Механические процессы: АСОНИКА- В /М/ ТМ/П; Программные средства для моделирования электрических процессов в РЭУ Программные средства PCAD; OrCAD; PSB Systems “Mentor Graphics”; Altium Designer (Protel); CADSTAR “ZUKEN”; Micro-Cap Общие черты: Основаны на ядре Spice; Позволяют организовать сквозной цикл проектирования ПП Проблемно-ориентированные программные средства для моделирования тепловых процессов в РЭУ Элементарные виды теплообмены Идеализация тепловых процессов, принимаемая в моделях верхних уровней иерархии Типовые конструктивные элементы Идеализация тепловых процессов, принимаемая в моделях нижних уровней иерархии Универсальные программные средства для моделирования тепловых процессов в РЭУ Нетиповые конструктивные элементы Программные средства для моделирования гидроаэродинамических процессов в РЭУ Программные средства для моделирования механических процессов в РЭУ Аналогии в математическом описании физических процессов Физический процесс Электричество Тепло Аэродинамика Механика Характеристика (переменная) Узлы Ветви Напряжение (потенциал) Ток, напряжение (перепад напряжения) Температура Тепловой поток Давление Скорость и расход воздуха Перемещение Производная силы Скорость Сила Ускорение Импульс силы Универсальное обозначение Диссипативный компонент Электрическая цепь Сопротивление Консервативный компонент I-го рода Консервативный компонент II-го рода Активный потенциальный компонент Активный потоковый компонент Ёмкость Индуктивность Тепловая цепь Тепловое сопротивления: - кондукция; - конвекция (ЕК и ВК); - излучение. Теплоёмкость - Аэродинамическая Механическая цепь цепь Аэродинамическое Демпфирование сопротивление: - местные; - трения. Аэродинамическая Масса ёмкость Податливость Источник тока Источник мощности Расход воздуха Источник скорости Источник напряжения Источник температуры Источник давления Источник силы Топологическая форма представления математических моделей Компоненты моделей электрических процессов Компоненты моделей электрических процессов (продолжение) Компоненты моделей электрических процессов (продолжение) Топологические модели резисторов Для области низких частот Для диффузионных резисторов интегральных схем Для области высоких частот R — сопротивление резистора; LR — индуктивность выводов и проводящей части резисторов; СR – ёмкость выводов и проводящей части резисторов Сn – ёмкость проводящей части относительно подложки (включая ёмкость обратносмещённого паразитного p-n перехода) Для области низких частот Интегральный конденсатор, построенный на структуре металлдиэлектрик-полупроводник В широкополосной области Rc — сопротивление потерь в диэлектрике; Lc — индуктивность выводов и обкладок конденсатора; rc — сопротивление последовательного слоя в структуре конденсатора; lп=f(Un) — зависимый источник, моделирующий статическую характеристику паразитного р-п перехода; Сп — емкость р-п перехода; П — подложка Для области низких частот Спиральная катушка индуктивности интегральных схем В широкополосной области RL — сопротивление обмотки (спирали); CL — межвитковая емкость; RИ — сопротивление потерь межвитковой изоляции; Сп — емкость между спиралью и подложкой П. Компоненты моделей тепловых процессов Компоненты моделей тепловых процессов (продолжение) Компоненты моделей тепловых процессов (продолжение) Компоненты моделей тепловых процессов (продолжение) Компоненты моделей тепловых процессов (продолжение) Компоненты моделей тепловых процессов (продолжение) Компоненты моделей тепловых процессов (продолжение) Компоненты моделей тепловых процессов (продолжение) Компоненты моделей тепловых процессов (продолжение) Компоненты моделей тепловых процессов (продолжение) Топологическая модель теплопередачи в плоской горизонтальной воздушной прослойке Верхняя поверхность нагрета αк=f(λ) Нижняя поверхность нагрета αк=f(λ,ΔT,Gr) αк 0 ΔT Компонент топологической модели αК – коэффициент конвективной теплоотдачи; λ – теплопроводность воздуха; ΔT=TН –TВ; TН – температура нижней поверхности; TВ – температура верхней поверхности; Gr – число Грасгофа. Топологическая модель тепломассопереноса в канале T Tвых При qL=const Tср Tвх 0 RTМП=1/(G·Cp) = 1/(abw Cp) L RTМП – тепловое сопротивление тепломассопереноса в канале; G – массовый расход теплоносителя Cp – теплоёмкость теплоносителя a, b – геометрические размеры сечения канала; w – скорость течения теплоносителя на входе в канал; – плотность теплоносителя на входе в канал Эскиз конструкции электронного прибора (пример моделирования) Моделирование гидроаэродинамических процессов Компоненты моделей гидроаэродинамических процессов, сопротивления трения Компоненты моделей гидроаэродинамических процессов, местные сопротивления Компоненты моделей гидроаэродинамических процессов, местные сопротивления (продолжение) Компоненты моделей гидроаэродинамических процессов, местные сопротивления (продолжение) Компоненты моделей гидроаэродинамических процессов, консервативные и активные Топологическая модель гидроаэродинамического сопротивления трубы и плоского канала w RK Q При qL=const QVвых нагрев pT (Re f , Pr f , Prw , Grf , o , o ) pУ ( вх , вых , вх , вых ) qo Qρ= const QVвх охлаждение k=f(ρвх,ρвых) QVвых 0 L Rк– аэродинамическое сопротивление канала (трубы); Ref– число Рейнольдса, вычисленное при средней температуре теплоносителя; Prf , Prw – число Прандля, вычисленное при средней температуре теплоносителя и средней температуре стенки соответственно; Grf– число Грасгофа, вычисленное при средней температуре теплоносителя; wвх, wвых, w0 – скорость течения теплоносителя на входе, выходе и средняя; вх, вых, 0 – плотность теплоносителя на входе , выходе и средняя. Метод итерационного иерархического моделирования физических процессов в РЭУ Традиционный подход Граничные условия Схема усовершенствованного метода Параметризация топологических моделей физических процессов в РЭУ Конструктивный параметр Компоненты комплексной модели, связанные с конструктивным параметром L – длина корпуса блока МТП: R64-1 … R64-12, R16-1 … R16-7, R26-1 … R26-4, R2-1 … R2-4 МАП: R302-1 … R302-3 Итого: 30 компонентов H2 – расстояние между печатными узлами МТП: R71A-2, R61-3, R61-4, R61-8, R61-11, R16-2 МАП: R302-22 Итого: 7 компонентов Параметр связан арифметическим соотношением с высотой корпуса блока Метод параметризации топологических моделей физических процессов в РЭУ Метод верификации топологических моделей физических процессов в РЭУ
