ANSYS. Опыт моделирования посредством программ ANSYS SIwave и ANSYS IcePak

Аватар пользователя Evgeny Butorov
0 1195

С выходом на рынок каждого нового поколения автомобилей, входящая в их состав электроника неизбежно усложняется. Это связано прежде всего с совершенствованием систем управления различных систем автомобиля. Ведь в современном автомобиле начиная от двигателя со всеми его системами и заканчивая системой климат-контроль всё управляется посредством электронных систем. Сейчас наши автомобили безопаснее, комфортнее и сложнее чем когда-либо были прежде. Концентратор электронной системы транспортного средства представляет из себя распределительный “умный” блок. Южнокорейская компания Кияншин (Kyungshin Corp.) занимается разработкой различных экологически-безопасных электрических устройств, в том числе распределительных автомобильных блоков. Эти блоки предназначены для того чтобы осуществлять распределение энергии по всем частям автомобиля. Можно сказать, что это предназначение алогично работе центральной нервной системы в организме человека.

Разработка распределительного блока

Компании, занимающиеся проектированием обычных распределительных блоков, обычно обеспокоены воздействием вибрации на устройства и этим ограничиваются. Изначально команда инженеров компании Кияншин так же интересовались в основном влиянием вибрации и полагалась на физическое прототипирование (т.е. макетирование). Но в 2004-ом году оценив все преимущества моделирования стала использовать программы ANSYS. Прежде всего инженеры проводили линейный и нелинейный структурный анализ, чтобы минимизировать влияние вибрации путем изменения проектных переменных при параметрических расчётах (в качестве переменных могли быть выбраны, например, толщина ребер корпуса устройства и т.д.). Они также использовали моделирование, чтобы уменьшить вес разрабатываемого устройства. Современные распределительные блоки более сложны и требуют учёта влияние температуры, влажности, электрической нагрузки и т.д. Кроме того, влияние этих физических явлений необходимо оценивать одновременно, поскольку они могут влиять друг на друга.

Испытания и моделирование

При разработке “умного” распределительного блока, инженеры компании Кияншин обнаружили, что температура печатной платы, входящей в распределительный блок зачастую превышала 60,4 C, в результате чего приводя его к перегреву. Для того, чтобы найти причину, они использовали комбинацию натурных испытаний и моделирования в ANSYS. При экспериментировании был сделан вывод о том, что повышение температуры вызвано Джоулевым нагревом катушек в реле на печатной плате.

Первым делом, инженеры провели испытания отдельных компонентов, таких как плавкий предохранитель и реле на печатной плате. Помимо этого, было важно использовать моделирование для определения условий возникновения повышенной температуры на печатной плате, так как это нельзя было сделать посредством натурных испытаний. Разработчики применяли ANSYS SIwave (программа для анализа чистоты питания, целостности сигнала и электромагнитных помех. Объектами исследования являются печатные платы и корпуса интегральных микросхем) и ANSYS Icepak (Программа для моделирования электроники, направление исследований - вычислительная гидродинамика [CFD]), для определения мест перегрева печатной платы. Распределение температуры было вычислено для каждого слоя печатной платы. Это было сделано используя плотность тока и распределение мощности, полученные в ANSYS SIwave. Как при натурных измерениях, так и при моделировании были получены одинаковые температурные распределения на печатной плате, но при моделировании также были определены так называемые “узкие места” (места обладающие большим электрическим сопротивление и приводящие к большим значениям плотности тока) где генерируется дополнительное тепло.

Моделирование распределительного блока

Для того чтобы улучшить конструкцию распределительного блока в целом и предотвратить нагрев блока в будущем, инженеры компании Кияншин моделировали две различные конструкции. При проведении междисциплинарного моделирования результаты, полученные в ANSYS SIwave используются в качестве входных данных в ANSYS Icepak. Причём надо отметить что такая связь меду программами является двунаправленной и итеративной. Первая конструкция привела к перегреву блока печатных плат. Во второй конструкции данная проблема была решена, но была выявлена область, где тепло создавалось в предохранителях. Информация, полученная в ходе моделирования, позволила инженерам разработать окончательную конструкцию блока. Результаты моделирования были очень близки с натурными измерениями. 

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии