Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние проблемы и постановка задач исследования 13
1.1. Задачи проектирования конструкций РЭС с учетом тепловых 13
воздействий
1.2. Анализ современных автоматизированных систем, используемых для 22 проектирования РЭС
1.3. Основные задачи исследования 29
1.4. Выводы. 34
Глава 2. Макромодели тепловых процессов в типовых конструкциях рэс и методы их синтеза 35
2.1. Метод автоматизированного синтеза моделей тепловых процессов нетиповых конструкций РЭС на основе типовых элементов 35
2.2. Метод синтеза макромодели плоских конструкций 43
2.3. Метод синтеза макромодели корпуса блока 53
2.4. Метод синтеза макромодели корпуса модульного типа 63
2.5. Метод синтеза макромодели кассетной конструкции 73
2.5.1 Макромодель кассетной конструкции с принудительным охлаждением 75
2.5.2 Макромодель кассетной конструкции с естественным охлаждением 91
2.5.3 Алгоритм автоматизированного синтеза МТП кассетной и этажерочной 79
конструкции
2.6. Метод синтеза макромодели многоэтажного шкафа 83
2.7. Получение температурных допусков 91
2.8. Получение функции параметрической чувствительности 99
2.9. Выводы 104
Глава 3. Автоматизированная подсистема анализа конструкций РЭС на тепловые воздействия асоника-Т 105
3.1. Структура автоматизированной подсистемы АСОНИКА - Т 106
3.2. Описание логической структуры подсистемы АСОНИКА-Т 111
3.3. Структура входных и выходных данных подсистемы АСОНИКА-Т 116
3.3.1. Входные данные для построения макромодели типового элемента пластина 118
3.3.2. Входные данные для построения типового элемента корпус блока 118
3.3.3. Входные данные для построения типового элемента блока модульного типа 119
3.3.4. Входные данные для построения типового элемента кассетная или 120 этажерочная конструкция
3.3.5. Входные данные для построения типового элемента шкаф 120 3.3.6 Выходные параметры подсистемы АСОНИКА-Т 121
3.4. Программная реализация подсистемы «АСОНИКА-Т» 122
3.4.1. Аппаратные требования к подсистеме «АСОНИКА-Т» 122
3.4.2. Программные требования к подсистеме «АСОНИКА-Т» 122
3.5. Выводы 123
Глава 4. Разработка методики оптимального проектирования конструкций РЭС с учетом тепловых характеристик 194
4.1. Методика моделирования тепловых процессов нетиповых конструкций РЭС на 124
основе типовых элементов.
4.2. Описание экспериментальных исследований 130
4.2.1. Экспериментальная проверка моделей 130
4.2.2. Экспериментальные исследования печатных узлов 131
4.2.3. Пример расчета блока модульного типа с использованием созданной методики проектирования РЭС с использованием средств автоматизированного синтеза 133
4.2.4 Пример расчета этажерочной конструкции 141
4.3. Методика обучения работы с подсистемой при проведении научно-исследовательских работ и в учебном процессе вузов 148
4.4. Внедрение результатов диссертационной работы 150
4.5. Выводы 151
Заключение
Список использованных источников
- Анализ современных автоматизированных систем, используемых для 22 проектирования РЭС
- Метод синтеза макромодели плоских конструкций
- Входные данные для построения макромодели типового элемента пластина
- Пример расчета блока модульного типа с использованием созданной методики проектирования РЭС с использованием средств автоматизированного синтеза
Введение к работе
Одним из факторов, определяющим надежность радиоэлектронных средств (РЭС), является температура входящих в конструкцию элементов. Отклонение теплофизических и геометрических параметров конструкции, параметров материалов конструкции от своих номинальных значений, а также изменение режимов и условий работы элементов РЭС приводит к изменению температуры. В свою очередь, изменение температуры оказывает существенное влияние на происходящие в конструкции механические процессы. Современный уровень науки и техники вынуждает разработчиков производить РЭС в достаточно короткие сроки, что непосредственно влияет на качество, а, следовательно, и долговечность РЭС. Поэтому в настоящее время одним из эффективных методов обеспечения заданного качества и скорости проектирования РЭС является использование информационных технологий на ранних этапах разработки (техническое предложение и эскизное проектирование).
В настоящее время существуют различные методы автоматизированного проектирования РЭС, а также разнообразное программное обеспечение. Среди программного обеспечения можно выделить универсальные системы, такие как ANSYS, MARK, NASTRAN, COSMOS и другие. Но так как данные продукты универсальны, а для их использования требуются специальные навыки, то это влечет к дополнительным затратам. Также, из-за универсальности программных средств затруднительно осуществить в минимальные сроки предварительные расчеты и получить необходимые для принятия решения результаты. В такой ситуации конструкторам необходим инструментарий, который позволял бы им провести качественно и быстро проектировочные расчеты и получить данные для более детального рассмотрения их в универсальной программе.
Над созданием систем моделирования тепловых процессов в РЭС работали многие специалисты. Анализу тепловых процессов в РЭС посвящены работы Дульнева Г.Н., Вермишева Ю.Х., Норенкова И.П., Кофанова Ю.Н., Лисицина А.В., Шалумова А.С., Сарафанова А.В и других авторов. Но в данных работах специально не рассматривались вопросы автоматизации синтеза моделей тепловых процессов на базе типовых элементов конструкций. Так, в работах Сарафанова А.В. были выделены типовые элементы, созданы их модели, которые используются при создании МТП нетиповых конструкций, но не рассматривались вопросы автоматизированного синтеза моделей тепловых процессов (МТП) на основе использования данных элементов. Среди зарубежных специализированных автоматизированных систем можно выделить Blue Ridge Numeric, ESATAN, FLOTHERM 2.0, TMG Thermal Analysis и Electronic System Cooling (ESC), SINDA (Systems Improved Numerical Differencing Analyzer), SOL VIA, Thermal Analysis Kit III (ТАК III), TAS (Thermal Analysis System), WinTherm, TRASYS (Thermal Radiation Analyzer System), BETAsoft-System, и многие другие. Но данные системы имеют недостатки, такие, как отсутствие баз данных элементов, соответствующих российским стандартам, сложность в освоении и работе с ними. Среди отечественных программных продуктов можно выделить АСОНИКА-Т, Пилот, Триана, но в них практически отсутствуют средства автоматизированного синтеза МТП.
Дополнительные трудности при анализе тепловых процессов в РЭС возникают из-за сложности современной аппаратуры, включающей в себя множество составляющих частей, что усложняет построение тепловых моделей. В такой ситуации наиболее эффективно использовать методы поэтапного моделирования тепловых процессов, которые позволяют выполнить иерархическую декомпозицию объекта моделирования и выделить типовые элементы (шкафы, стойки, блоки, печатные узлы). В данном случае, имея набор типовых элементов, конструктор в очень короткое время и без особого труда сможет создать нужную ему конструкцию. Кроме того, конструкцию РЭС, созданную таким способом, легко изменить или модифицировать, заменив необходимые элементы, не переделывая конструкцию в целом.
Анализ показал, что в настоящее время существующие программные комплексы не предоставляют в достаточной мере средств и аппаратов автоматизированного синтеза моделей тепловых процессов нетиповых конструкций РЭС.
Таким образом, на сегодняшний день актуальна разработка необходимого программного и методического обеспечение, позволяющего повысить эффективность и сократить время при моделировании тепловых процессов в нетиповых конструкциях РЭС на ранних этапах проектирования.
Цель работы. Целью диссертационной работы является повышение эффективности проектирования произвольных теплонагруженных конструкций РЭС за счет автоматизации синтеза моделей тепловых процессов на основе использования моделей типовых элементов.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решаются следующие задачи:
Исследование современных теплонагруженных конструкций РЭС с целью создания типового ряда элементов, а также существующих методов, моделей и программных средств анализа нетиповых конструкций РЭС с учетом тепловых процессов.
Разработка топологических моделей тепловых процессов типовых элементов и алгоритмов их автоматического синтеза.
Разработка метода автоматизированного синтеза тепловых моделей нетиповых конструкций на базе типовых элементов.
Разработка структуры подсистемы моделирования тепловых процессов в нетиповых конструкциях РЭС и ее программная реализация.
Экспериментальная проверка разработанных топологических моделей и метода их автоматизированного синтеза.
Разработка инженерной методики моделирования нетиповых конструкций РЭС с учетом их тепловых режимов.
Методы исследования. В процессе решения поставленных задач использованы принципы системного подхода, теории системного анализа, теории тепломассопереноса, объектно-ориентированного программирования.
Новые научные результаты. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие новые научные результаты:
Разработан метод автоматизированного синтеза тепловых моделей несущих конструкций РЭС на базе типовых элементов, отличающийся от существующих наличием средств автоматизации синтеза МТП различных уровней.
Разработаны, на базе созданного метода, алгоритмы автоматического синтеза моделей тепловых процессов типовых элементов, которые отличаются от существующих наличием средств контроля входных параметров и в значительной степени сокращают время и средства при создании МТП.
Разработана структура подсистемы моделирования тепловых режимов нетиповых конструкций, отличающаяся тем, что содержит модули, позволяющие в интерактивном режиме реализовать метод автоматизированного синтеза МТП нетиповых конструкций РЭС за счет взаимодействия моделей типовых элементов.
Разработана методика моделирования тепловых процессов нетиповых конструкций РЭС с использованием средств автоматизированного синтеза моделей, отличающаяся от существующих повышенной точностью и эффективностью моделирования тепловых процессов в нетиповых конструкциях РЭС за счет сокращения времени на создание и модификацию моделей исследуемых объектов.
Практическая полезность работы состоит в том, что, использование созданных метода, методики и программных средств автоматизированного синтеза моделей тепловых процессов нетиповых конструкций РЭС позволяет повысить эффективность моделирования и сократить сроки проектирования с соблюдением требований НТД по тепловым характеристикам.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные в диссертационной работе методы, алгоритмы, методика и программное обеспечение использовались при выполнении при выполнении научно-исследовательских и хоздоговорных работ, проводимых на кафедре «Прикладная математика и САПР» Ковровской государственной технологической академии.
Основные результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования и производства ОАО «СКБ ПА» (г. Ковров) при разработке блока картографа, ГУП HI 111 «Волна» (г. Москва) при проектировании конструкции одноэтажной БНК-3 с термоэлектрической системой охлаждения, Раменского приборостроительного конструкторского бюро (г. Раменское) при разработке бортовых цифровых вычислительных машин БЦВМ-486-2, БЦВМ-486-6, БЦВМ-900 и приборов БИУВК-1И, СУД-1.
Данная подсистема, а соответственно разработанные метод, методика и алгоритмы, используются и внедрены в ученый процесс высшего учебного заведений, и позволяют в понятной форме изучить процессы теплообмена в РЭС. Так, подсистема АСОНИКА-Т внедрена в Ковровской государственной технологической академии при выполнении студентами по специальности 2203 «Системы автоматизированного проектирования» лабораторных, курсовых и дипломных работ.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международных и российских конференциях: Международной научно-технической конференции и Российской научной школе «Системные проблемы надежности, математического моделирования и информационных технологий » (г. Сочи 2000-2003г.г.), Международной научно-технической конференции «Управление в технических системах» (Ковров, 2000г.), Всероссийской научно-технической конференции «Современные проблемы радиоэлектроники» (Красноярск, 2000г.), Четвертой международной научно-технической конференции (г. Ульяновск 2001г.), III Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной 106-й годовщине Дня радио (Красноярск, КГТУ, 2001г.), IV Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых и студентов, посвященной 107-й годовщине (Красноярск, КГТУ, 2002г.), XIV Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов (Москва, МГИЭМ, 2002г.). Публикации.
По материалам диссертационных исследований опубликовано 11 научных работ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка литературы и приложения.
В главе 1: 1. На основе анализа проблем, возникающих при проектировании нетиповых конструкций РЭС с учетом тепловых воздействий, и анализа современных автоматизированных систем, используемых для моделирования РЭС, обоснована необходимость создания метода автоматизированного синтеза моделей нетиповых теплонагруженных конструкций РЭС на базе типовых элементов, который: а) включает в себя четыре уровня автоматизации моделирования тепловых процессов в нетиповых конструкциях РЭС; б) содержит алгоритмы и методы автоматического синтеза моделей тепловых процессов типовых элементов; б) в значительной степени снижает время, затрачиваемое на создание и модификацию модели тепловых процессов нетиповой конструкции РЭС, что в свою очередь приводит к снижению материальных и временных затрат на разработку аппаратуры;
2. На основе детального исследования существующих конструкций РЭС были определены типовые элементы (пластина, этажерка, радиатор и др.) и построена библиотека их тепловых моделей. Используя данную библиотеку, можно достаточно быстро создавать тепловые модели сложных произвольных конструкций. При этом требуется значительно меньше времени на построение тепловой модели всей конструкции, так как она будет формироваться в автоматизированном режиме, путем взаимосвязи между собой тепловых моделей типовых элементов, созданных автоматически. Кроме того, конструкцию РЭС, созданную таким способом, легко изменить или модифицировать, заменив необходимые элементы или их параметры, не переделывая конструкцию в целом. При внесении изменений в конструкцию, происходит автоматический пересчет всех параметров, непосредственно связанных с изменившимся элементом.
3. Научной основой процесса автоматизированного синтеза моделей тепловых процессов нетиповых конструкциях РЭС должны стать метод и методика синтеза моделей на основе разработанных алгоритмов автоматического построения моделей тепловых процессов типовых элементов.
4. Сформулированы цель и основные задачи, составляющие предмет исследования в настоящей работе.
В главе 2:
1. Разработан метод автоматизированного синтеза моделей тепловых процессов нетиповых конструкций РЭС на базе типовых элементов. В основе данного метода лежат четыре уровня автоматизации, которые в полной мере позволяют решить поставленные в диссертационной работе задачи. Каждый уровень позволяет создавать модели тепловых процессов любых объектов, в достаточно короткое время и отражает степень автоматизации синтеза модели. Уровни более высокой степени автоматизации содержат средства контроля входных данных. В качестве информационного обеспечения синтеза МТП определена и разработана база данных типовых элементов.
2. Разработаны методы и алгоритмы автоматического синтеза моделей тепловых процессов типовых элементов (шкаф, блок кассетно/этажерочного типа, блок модульного типа, корпус блока плоская конструкция) входящих в библиотеку. А также разработаны алгоритмы автоматизированного объединения данных моделей.
3. Получены функции параметрической чувствительности для определения путей наиболее рационального изменения конструкций РЭС с целью обеспечения тепловых характеристик РЭС.
В главе 3:
Разработана структура автоматизированной подсистемы обеспечения надежности и качества аппаратуры с точки зрения анализа тепловых процессов АСОНИКА-Т. Данная подсистема разработана на основе предыдущей версии, но структура полностью переделана с цель усовершенствования подсистемы и включения в нее средств автоматизации. Без изменения остался только расчетный модуль.
Программно реализованы задачи автоматизированного синтеза МТП: существует возможность создания модели в автоматизированном режиме; существует возможность создания модели с использованием автоматического синтеза моделей типовых элементов с последующей их стыковкой.
3. Разработана логическая структура подсистемы АСОНИКА-Т на основе объектно-ориентированного программирования.
4. Представлена необходимая для работы программы структура входных и получаемая структура выходных данных.
В главе 4:
1. Разработана методика построения моделей тепловых процессов в нетиповых теплонагруженных конструкциях РЭС на основе метода автоматизированного синтеза
2. Представлено описание экспериментальных исследований. Приведена схема установки, позволяющей имитировать тепловой режим РЭС. Описана программа работ по проверке разработанного метода, проводимых для предприятия с целью расчета тепловых режимов приборов
3. Рассмотрены примеры применения разработанной методики для блоков и шкафов РЭС, с целью получения их тепловых режимов.
4. Разработана методика обучения работе с подсистемой при проведении научно-исследовательских работ и в учебном процессе вузов.
5. Полученные в диссертационной работе результаты внедрены в практику проектирования предприятий и в учебный процесс высших учебных заведений.
Автор выражает благодарность проф. Шалумову А.С. за научное руководство в процессе работы над диссертацией и за постоянное внимание и направление моей научной деятельности. Автор признателен к.т.н. доцентам Тюриной О.И. и Никишкину СИ., а также д.т.н. Сарафанову А.В. за советы и помощь в работе.
Анализ современных автоматизированных систем, используемых для 22 проектирования РЭС
По результатам, проведенных в п. 1.1 и п. 1.2 исследований, сформировалась актуальная задача, состоящая в разработке макромоделей и методов для информационной технологии ранних этапов проектирования конструкций РЭС, обеспечивающей исследование всех иерархических уровней от шкафа и до каждого ЭРИ с учетом тепловых воздействий. Таким образом, целью диссертационной работы является создание научных основ информационной технологии ранних этапов проектирования конструкций РЭС при учете тепловых воздействий с использованием автоматизированного синтеза моделей тепловых процессов нетиповых конструкций РЭС на базе типовых элементов и их практическая реализация в проблемно-ориентированной подсистеме, что позволит сократить сроки и повысить эффективность проектирования конструкций РЭС, отвечающих требованиям НТД по тепловым характеристикам.
Многие вопросы математического моделирования тепловых процессов РЭС уже рассматривались в диссертационных работах, например, в работе Сарафанова А.В., но эти исследования затрагивали общие вопросы автоматизации проектирования РЭС с учетом тепловых характеристик [27]. При этом некоторые вопросы остались открыты. Так, например, вопросы автоматизированного проектирования РЭС на основе использования типовых элементов только косвенно упоминались в перечисленных работах. Но данная задача также является проблемной, основной целью, которой, является обеспечение методов не только автоматического построения макромодели типового элемента, но и методы и алгоритмы стыковки этих моделей между собой и с другими элементами конструкции. При этом необходимо учитывать все тонкости теплового взаимодействия рассматриваемых объектов.
Весьма важным представляются пользовательские аспекты, поскольку программно-методические комплексы, предназначенные для решения проектных задач данного типа, ориентированы на пользователя непрограммиста. Здесь представляется необходимым решение задач описания типовых элементов, контроля входной информации, автоматизации формирования модели, контроля результатов математического моделирования. Также важную роль играют методы и средства, которые позволили бы пользователю самому создавать типовые элементы для дальнейшего их использования, при этом, не задумываясь о процессе обеспечения связи при тепловом взаимодействии созданного элемента с другими.
В этих рамках можно сформулировать основные задачи, составляющие предмет исследования в настоящей работе (рис. 1.1):
1. Проведение исследований основных типов конструкций РЭС с целью выявления часто используемых типовых элементов конструкций; - на основе проведенных исследований выявить конструктивные особенности типовых элементов конструкций РЭС получить основные параметры необходимые для проведения теплового анализа; провести тщательный отбор исходных данных для моделирования типовых элементов конструкции, поскольку от этого зависит качество моделирования конструкции РЭС.
2. Разработка метода автоматизированного синтеза моделей тепловых процессов нетиповых конструкций РЭС на базе типовых элементов. Для этого необходимо: - проанализировать, и, по необходимости, разработать модели тепловых процессов типовых элементов, узлов и конструкций РЭС; - разработка алгоритмов автоматического синтеза моделей тепловых процессов типовых элементов; провести идентификацию разработанных методов автоматизированного синтеза моделей тепловых процессов типовых элементов, включающую в себя:
Метод синтеза макромодели плоских конструкций
Во всех выше описанных вариантах использования МТП задаются одинаковые начальные условия. Прежде всего задается размерность разбиения по осям ОХ и OY, то есть задается дискретизация сетки и тем самым задается количество элементарных зон. По умолчанию температура во всех зонах задается одинаковой, но при необходимости ее можно изменить. Далее задается габаритный размер в миллиметрах. На втором этапе происходит выбор количества плоскостей взаимодействия и условий эксплуатации, а именно, наличие среды или вакуума, после чего задаются основные теплофизические параметры: длина пути теплового потока, теплопроводность материала, степень черноты поверхности, коэффициент облученности, определяющий размер, коэффициент ориентации и давление окружающей среды. На рисунке 2.5. показан алгоритм автоматизированного синтеза МТП плоской конструкции. На первом этапе его работы вводятся исходные данные для расчета. На данном этапе для построения МТП важное значение имеет степень дискретизации сетки по осям ОХ и OY. Далее идет определение координаты точки N, т.е. центра будущей ПК, который будет служить опорной точкой для построения МТП. Задав на первом этапе количество ячеек по оси ОХ, обозначим его X, и по оси OY - Y, мы получи множество узлов Uk = Xk Yk , описывающих саму ПК. Для построения графа МТП необходимо определить множество координат (xi,ji) узлов ПК, а также координаты узлов, описывающих взаимосвязь ПК с окружающей средой. Для определения координат ПК используется приращение Adi. В зависимости от числа разбиений таких приращений будет столько, на сколько частей разбита ПК, т.е. мы получим множество D приращений состоящее из подмножеств Dx и Dy, получаем ) =)XKJD
Исходя из этого, можно построить граф пластины, в котором координаты узлов будут определяться Ui = N + Di, где і изменяется от 1 до к.
Далее необходимо определить ветви, связывающие построенные узлы. Построение будет проще организовать, запустив циклы по осям координат, т.е. при выполнении цикла по соответствующей оси ОХ будут образовываться связи между узлами Ux и Ux+І, аналогично по оси OY. Таким образом, образуется множество ветвей Vxy, которое образуется путем объединения подмножеств Vx иУу, т.е. получим Ух =YX\ JY причем количество составляющих подмножество Vx и Vy будет равно Vx = (Ux-\)-Y , аналогично Уу = (Цу-\)-Х
На следующем этапе производится выбор среды эксплуатации. Имеется два варианта: 1) использование пластины в вакууме; в данном варианте взаимодействие с окружающими объектами осуществляется только с использованием излучения; 2) использование пластины в нормальной среде; взаимодействие осуществляется с использованием излучения и конвекции.
Если расчет производится по первому варианту, то образуется множество узлов Ur, отвечающих за связь пластины с окружающей средой, и множество ветвей Ri, описывающее ветви излучения. Данные узлы и ветви строятся аналогичным образом путем прибавления в цикле к координатам точки N приращения Adri по обеим осям координат. В случае эксплуатации пластины в обычной среде, используются аналогичные циклы для построения узлов и ветвей из множеств Ri и Ki - ветви излучения и конвекции. В конце выбирается количество взаимодействующих сторон. При выборе одной стороны взаимодействия количество узлов и ветвей множеств Ri и Ki уменьшается в два раза.
Выше были рассмотрены МТП ПК которые широко используются при проектировании несущих конструкций РЭС, будь то стенки, перегородки и т.п. Процесс моделирования существенно изменяется при проектировании печатных узлов, т.е. плоских конструкций - пластин с расположенными на них электрорадиоэлементами (ЭРЭ). В данном случае необходимо учитывать расположение ЭРЭ на печатной плате, наличие тепловыделяющих элементов. Исходя из этого, МТП печатного узла можно представить следующим образом (рис.2.6). Как видно из рисунка, модель похожа на общую модель ПК, за исключением наличия ЭРЭ. Поэтому, для построения МТП печатного узла будем использовать алгоритм построения модели ПК, но к нему добавляется алгоритм стыковки плоской конструкции и ЭРЭ, что и образует печатный узел. Чтобы произвести стыковку необходимо знать, с какими из узлов модели ПК взаимодействует добавляемый ЭРЭ и является ли он тепловыделяющим или нет.
Входные данные для построения макромодели типового элемента пластина
Для построения макромодели типового элемента корпус блок необходимы габаритные размеры типового элемента, в том числе и ширина стенок корпуса.
При автоматизированном синтезе модели корпуса блока важное значение имеет расчет параметров связи теплопереноса между стенками корпуса. Данные значения рассчитываются из габаритных размеров. Пусть длина корпуса равна L, высота - Н, а ширина - D. Тогда расчетные значения длины пути теплового потока будут равны: L/2 + Н/2 для взаимодействия верхней и нижней стенок корпуса с передней и задней, D/2 + Н/2 для взаимодействия верхней и нижней стенок корпуса с боковыми и D/2 + L/2 для взаимодействия передней и задней стенок корпуса с боковыми.
Для блока модульного типа входными данными являются следующие параметры: количество модулей в конструкции; габаритные размеры модулей, причем длины и высота модулей одинакова, а ширина задается для каждого отдельно или для группы модулей; материал конструкции корпуса и печатных узлов; количество печатных узлов в каждом модуле, возможны два вариант - один или два; при наличии одного печатного узла его местоположение - с левой или с правой стороны корпуса модуля. При построении модели корпуса модуля, параметры ветвей рассчитываются аналогично параметрам модели корпуса блока. Взаимодействие же печатных узлов с корпусами модуля описываются по следующим формулам. Длина модуля - L, высота - Н. Теплоперенос. Длина пути теплового потока равна 1 мм или ширине печатного узла. Определяющий размер - L/2. Параметры излучения соответствуют длине и ширине модуля.
Входными данными для построения модели блока кассетно/этажерочного типа являются следующие параметры: геометрические параметры корпуса блока; количество кассет в блоке; габаритные размеры кассет; размеры установки кассет в блок и расстояния между кассетами; теплофизические параметры материалов кассет и корпуса блока; При построении модели кассеты в корпус устанавливаются по размерам относительно левого нижнего угла корпуса блока. Осуществляется проверка габаритных размеров кассет вставляемых в корпус блока. Кроме того, для обеспечения связи кассет с внутренним воздухом, проверяются зазоры между кассетами.
Входными данными для построения модели многоэтажного шкафа являются следующие параметры: геометрические параметры корпуса шкафа; количество этажей; габаритные размеры этажа; размеры установки элементов в шкаф; теплофизические параметры материалов кассет и корпуса блока; В процессе построения модели многоэтажного шкафа, в него добавляются типовые элементы. В данном случае необходимо вводить параметры для каждого типового элемента, которые описаны в предыдущих параграфах. Кроме того, для обеспечения связи данных элементов с конструкцией шкафа, необходимы параметры уголков, на которые устанавливаются блоки в составе шкафа. Посредством данных уголков, блоки через теплопроводность взаимодействуют со стенками шкафа. Для определения данной связи необходимо знать размер сечения уголка, и его длина.
По результатам расчета, пользователь, для всех типов конструкций получает выходные данные двух типов.
Для стационарного расчета пользователь получает данные в табличной форме, где перечислены номера узлов, их названия и значения температур в данных узлах. Данная таблица строится на основе файла результатов, который пользователь так же может просмотреть. В файле данные записаны также в форме таблицы, которая содержит информацию о номерах взаимодействующих узлов, типе взаимодействия в виде номера с перечислением всех параметров ветви, соответствующей данному номеру.
В результате нестационарного расчета, пользователь аналогично получает данные в виде таблицы, где перечислены те же значения, но для каждого промежутка времени. Кроме того, имеется возможность получить график зависимости температуры орт времени для каждого узла.
Пример расчета блока модульного типа с использованием созданной методики проектирования РЭС с использованием средств автоматизированного синтеза
Для определения погрешности метода при расчете тепловых режимов радиаторов проводились экспериментальные исследования блока модульного типа в различных условиях эксплуатации.
Требовалось определить температуры печатных узлов (ПУ) и конструкции прибора МТФ-Ц в целом.
В качестве исходных данных для расчета были получены чертежи конструкции и всех необходимых деталей, которые играют важную роль при анализе тепловых воздействий.
Прибор МТФ-Ц состоит из трех блоков, представленных на рис.4.5. Были определены основные тепловыделяющие узлы и заданы мощности тепловыделения для Блока Ф, которые составили: 1.ПУФК-1,235Вт; 2. ПУ АНП - 0,806 Вт. Мощности, рассеиваемые блоками БП и П12-МІІ, составляют по 0,6 и 2 Вт соответственно.
Для расчета была принята температура окружающей среды +52С. Конструкция блока окружена воздухом. Внутри блока ФМ воздух откачан.
Измерения температур корпусов элементов проводились с помощью хромель-копелевых термопар, градуировочных таблиц ГОСТ 3044-45 и потенциометра ПП63 (погрешность измерения температур ± 1С). Термопары крепились к поверхности корпусов полупроводниковых приборов с помощью медных хомутов.
На основе полученных данных была построена следующая модель тепловых процерссов прибора МТФ-Ц (рис.4.6). В данной модели были определены следующие узлы: Блок БП 1 - левая стенка корпуса; 2 - правая стенка корпуса; 3 - верхняя стенка корпуса; 4 - нижняя стенка корпуса; 5 - передняя стенка корпуса; 6 - задняя стенка корпуса; 7 - печатный узел; 8 - окружающая среда; 26 - воздух внутри блока слева от печатного узла; 27 - воздух внутри блока справа от печатного узла
Стенки корпуса взаимодействуют между собой через кондуктивный теплоперенос, образуя связи 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 3-5, 3-6, 4-5, 4-6. Кроме того, узел 7 взаимодействует с передней, задней, верхней и нижней стенками посредством кондуктивной связи. Все стенки корпуса, кроме правой, взаимодействуют с внешней средой посредством излучения и конвекции, образуя связи 1-8, 3-8, 4-8, 5-8, 6-8. Печатный узел взаимодействует с левой и правой стенками посредством излучения, образуя связи 7-1, 7-2. Печатный узел взаимодействует посредством конвекции с воздухом внутри блока, образуя связи 1-26, 3-26, 4-26, 5-26, 6-26, 7-26 и 2-27, 3-27, 4-27, 5-27, 6-27, 7-27.
К соответствующим узлам были подключены ветви, представляющие собой источники мощности (7-0) и источники температуры (8-0).
Блок Ф
Стенки корпуса взаимодействуют между собой через кондуктивный теплоперенос, образуя связи 9-11, 9-12, 9-13, 9-14, 10-11, 10-12, 10-13, 10-14, 11-13, 11-14, 12-13, 12-14. Кроме того, узлы 15, 16, 18 взаимодействуют с передней, задней, верхней и нижней стенками посредством кондуктивной связи. Стенки корпуса, кроме левой и правой, взаимодействуют с внешней средой посредством излучения и конвекции, образуя связи 11-8, 12-8, 13-8, 14-8.
Печатный узел АНП взаимодействует с ПУ ФК через алюминиевую прослойку посредством кондуктивной связи, образуя связи 15-16, 17-18. ПУ АНП взаимодействует с левой стенкой посредством излучения, образуя связь 9-15. ПУ АНП взаимодействует посредством конвекции с воздухом внутри блока, образуя связи 9-28, 11-28, 12-28, 13-28, 14-28, 15-28. ПУ ФК взаимодействует с правой стенкой посредством излучения, образуя связь 18-10. ПУ ФК взаимодействует посредством конвекции с воздухом внутри блока, образуя связи 10-29, 11-29, 12-29, 13-29, 14-29, 18-29. К соответствующим узлам были подключены ветви, представляющие собой источники мощности (15-0, 18-0). Блок П12-МІІ
Стенки корпуса взаимодействуют между собой через кондуктивный теплоперенос, образуя связи 19-21, 19-22, 19-23, 19-24, 20-21, 20-22, 20-23, 20-24, 21-23, 21-24, 22-23, 22-24. Кроме того, узел 25 взаимодействует с левой стенкой посредством кондуктивной связи. Все стенки корпуса, кроме левой, взаимодействуют с внешней средой посредством излучения и конвекции, образуя связи 20-8, 21-8, 22-8, 23-8, 24-8. Печатный узел взаимодействует с правой стенкой посредством излучения, образуя связь 25-20.
К узлу 25 была подключена ветвь, представляющая собой источник мощности (25-0). Между собой блоки связаны кондуктивными связями: 2-9 (блоки БП и Ф), 10-19 (блоки Ф и П12-МП). Моделирование тепловых процессов осуществлялась при температуре окружающей среды + 52 С. В результате моделирования были получены значения температур в узлах модели:
Похожие диссертации на Автоматизация синтеза моделей теплонагруженных нетиповых конструкций радиоэлектронных средств на базе типовых элементов
