一種電子裝備結(jié)構優(yōu)化設計方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種電子裝備結(jié)構優(yōu)化設計方法，包括用三維造型軟件pro/e建立電子裝備模型；用Workbench分析軟件中對電子裝備模型的結(jié)構參數(shù)進行重新建模，得到優(yōu)化結(jié)構參數(shù)；在Icepak熱仿真軟件中，對優(yōu)化模型進行熱仿真分析，得到電子裝備的工作溫度；在static?structure結(jié)構仿真軟件中，將工作溫度施加到優(yōu)化模型結(jié)構上進行熱?結(jié)構耦合仿真分析，得到電子裝備的結(jié)構熱變形；建立電子裝備的數(shù)學優(yōu)化模型，判斷電子裝備的工作溫度和結(jié)構熱變形f，進而確定該結(jié)構的電子裝備設計合理。本發(fā)明專利技術方法能夠用于指導在結(jié)構?熱兩場相互影響情況下機箱的設計，延長機箱的工作壽命，其優(yōu)化結(jié)果更準確，保證機箱在惡劣服役環(huán)境下的性能穩(wěn)定性。

An optimization design method of electronic equipment structure

The invention discloses a method for optimizing the structure design of electronic equipment, including the establishment of electronic equipment model with three-dimensional modeling software pro/e; re modeling with Workbench analysis of the electronic equipment structure parameters of the model software, optimize the structure parameter; in Icepak thermal simulation software, thermal simulation analysis of the optimization model, the electronic equipment the working temperature of static structure; in structure simulation software, the working temperature is applied to optimize the structure of the model carries on the simulation analysis of thermal structure coupling structure, thermal deformation of electronic equipment; mathematical optimization model of electronic equipment, determine the working temperature and thermal deformation of F electronic equipment, electronic equipment, and then determine the the structure design is reasonable. The method of the invention can be used to guide the design of two interaction case case in structure heat, prolong the working life of the chassis, the optimization result is more accurate, to ensure the service performance of chassis in the harsh environment of stability.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種電子裝備結(jié)構優(yōu)化設計方法
本專利技術屬于電子裝備領域，具體涉及高密度復雜機載機箱電子裝備的結(jié)構優(yōu)化設計方法。
技術介紹
電子裝備的機箱是把裝備內(nèi)部各種電子元器件或機械零部件組裝成為整體，并使其免除各種復雜環(huán)境的影響和干擾、確保電性能的基礎結(jié)構。作為應用于高新技術產(chǎn)品的現(xiàn)代軍用電子裝備的機箱，不但要滿足裝備的功能需要，而且要滿足裝備的環(huán)境需求。一個設計精良的電子機箱，可以使裝備經(jīng)受較強的振動沖擊和電磁干擾以及較為惡劣的氣候條件，是提高現(xiàn)代化電子裝備可靠性的基礎。航天電子裝備與普通商用電子裝備有著很大的不同。由于其應用環(huán)境極為惡劣，在機箱結(jié)構設計上必須采用一系列的加固措施，盡量避免或減小由于高低溫、振動沖擊、電磁干擾等不利因素對電氣性能造成的影響。電子裝備結(jié)構設計的目的是為安裝在它內(nèi)部的電子元件和組件提供一個良好的、能夠抵抗外界惡劣條件的微環(huán)境，抗振緩沖設計、熱控制設計及電磁兼容設計便是其中的關鍵技術。隨著電子裝備多學科問題的不斷提出和重視，使得電子裝備的多場耦合問題也不斷地成為研究和設計的重點，以使電子裝備在整體上取得更高的性能指標，更好地適應在使用中遇到的各種復雜、苛刻的環(huán)境。對于多場耦合問題，國外對此早已在多個領域開始了研究，并取得了很多有價值的成果。如，采用邊界元法研究耦合接觸問題；研究電子裝備中不同電磁場之間的耦合問題；采用域內(nèi)網(wǎng)格匹配法的流-固耦合問題等。近年來，針對多場耦合問題還組織了多次國際性的會議，如2005和2007年歐盟計算數(shù)學及其應用學會舉辦了耦合問題(CoupledProblems)的國際會議；德國斯圖加特大學也舉辦過三次同樣主題的國際會議；國際區(qū)域分解法學會也已經(jīng)舉辦過17屆相關專題的多場耦合問題求解方法的國際會議。國內(nèi)對多場耦合問題的研究起步較晚，發(fā)展的也相對較慢。有相當一部分文獻是對國外成果的總結(jié)和綜述，雖然未能提出新的成果，卻可以讓更多國內(nèi)的研究者對多場耦合的國際進展有個明確的了解。例如，流-固耦合研究進展；熱電材料多場耦合綜述及振動系統(tǒng)機電耦合研究綜述等。隨著國內(nèi)對多場耦合問題的不斷重視和研究，也取得了一些可觀的成果，并不斷向國際水平接軌。例如，利用有限元方法研究熱-結(jié)構耦合模型；研究了壓電復合材料的熱-結(jié)構耦合問題，壓電復合材料由于航空航天的應用使得對其研究和應用取得了很大的成果；還有研究MEMS中的多場耦合問題等等。國內(nèi)對多場耦合問題的研究也重視多方、多層次的合作與交流，除了積極參加相關國際會議進行學習和交流外，還組織了許多多場耦合問題的學術會議和研討會。目前，在國內(nèi)外耦合問題的求解基本上有三種方法：(1)域消除法：使用積分變換或模態(tài)縮減法以消除一個或幾個域，余下的域則用集成求解法，這里的域可以理解為不同的物理場。(2)集成解法：在一個時間步內(nèi)同時求解所有耦合物理場的控制方程。(3)分區(qū)算法：分區(qū)算法是把各個耦合域模型作為一個獨立的實體進行計算的，域間的相互關系可通過數(shù)據(jù)進行傳遞。分區(qū)算法在某些耦合求解方面應用的比較廣泛。目前，常用于耦合研究的場主要有電場、磁場、位移場、溫度場和流場等，它們之間也有著一定的復雜的耦合關系存在。雖然國內(nèi)外學者和組織對多場(或多學科)耦合問題已經(jīng)取得了很多的成果，但大多局限于一定的領域，如控制系統(tǒng)的機電耦合問題或者傳統(tǒng)的熱結(jié)構，流體結(jié)構等問題。還不具備廣泛的適用性。另外，對電子裝備機箱類結(jié)構的多場耦合問題很少有學者做系統(tǒng)的研究。機箱類結(jié)構的振動、散熱及電磁屏蔽等問題有其自身的特點，解決這些問題對提高電子裝備機箱類結(jié)構的整體性能有著重要的意義。機箱類結(jié)構作為電子系統(tǒng)的載體，其整體性能的大幅提高不僅能夠促進國防及航空航天事業(yè)的發(fā)展，還能減少電子裝備對環(huán)境和人體產(chǎn)生次生污染，節(jié)省能源消耗。因此，電子裝備機箱類結(jié)構的多學科、多場耦合問題值得進行深入系統(tǒng)的研究和應用。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種電子裝備結(jié)構優(yōu)化設計方法，該方法能夠針對機箱類結(jié)構的振動、散熱等問題有其自身的特點，提高電子裝備機箱類結(jié)構的整體性能。本專利技術的目的是通過下述技術方案來實現(xiàn)的。一種電子裝備結(jié)構優(yōu)化設計方法，包括下述步驟：(1)根據(jù)電子裝備的結(jié)構參數(shù)和尺寸，用三維造型軟件pro/e建立電子裝備模型；(2)用Workbench分析軟件讀取建立好的電子裝備模型，并用Workbench分析軟件中的Geometry模塊對電子裝備模型的結(jié)構參數(shù)進行重新建模，得到優(yōu)化結(jié)構參數(shù)，并且實時輸出更新后的優(yōu)化模型；(3)根據(jù)電子裝備的初始工作環(huán)境和熱參數(shù)，在Icepak熱仿真軟件中，設定熱分析的熱初始條件，對優(yōu)化模型進行熱仿真分析，得到熱仿真結(jié)果，即電子裝備的工作溫度；(4)根據(jù)電子裝備的初始工作條件，在staticstructure結(jié)構仿真軟件中，設定結(jié)構分析的結(jié)構初始條件，將熱仿真分析結(jié)果中的電子裝備的工作溫度施加到優(yōu)化模型結(jié)構上進行熱-結(jié)構耦合仿真分析，得到熱-結(jié)構耦合仿真結(jié)果，即電子裝備的結(jié)構熱變形；(5)建立電子裝備的數(shù)學優(yōu)化模型，分別將步驟(3)得到的電子裝備的工作溫度和步驟(4)得到的電子裝備的結(jié)構熱變形輸入到優(yōu)化數(shù)學模型中；(6)如果電子裝備的工作溫度和結(jié)構熱變形f均小于電子裝備的結(jié)構最大熱變形Def和電子裝備最高溫度Tmax，則確定該結(jié)構的電子裝備設計合理；否則，調(diào)整電子裝備的優(yōu)化結(jié)構參數(shù)和熱參數(shù)，重復步驟(2)－(6)，直至滿足要求。進一步，所述步驟(1)中，電子裝備的結(jié)構參數(shù)包括冷板中的導流板長度，所述熱參數(shù)包括流過冷板的冷卻液的流速。進一步，所述步驟(5)中，建立電子裝備的數(shù)學優(yōu)化模型為：式中，f為步驟(3)和步驟(4)中仿真得到的電子裝備的工作溫度Tmax和電子裝備的結(jié)構熱變形Def，L1、L2、L3...分別為電子裝備中各個導流板的長，v為流過導流板的冷卻液的流速，Def為電子裝備結(jié)構最大熱變形，Tmax為電子裝備的最高溫度。進一步，所述步驟(2)中，得到優(yōu)化結(jié)構參數(shù)為L1、L2、L3...，即為電子裝備中各個導流板的長。進一步，所述步驟(3)中，熱初始條件包括環(huán)境溫度、冷卻液材料的設定、電子裝備的功耗、冷卻液入口溫度和冷卻液流速。進一步，所述步驟(4)中，結(jié)構初始條件包括電子裝備的溫度場、約束、載荷和設定接觸。進一步，所述步驟(6)中，調(diào)整電子裝備的優(yōu)化結(jié)構參數(shù)和熱參數(shù)，在步驟(2)中采用序列二次優(yōu)化算法進行對結(jié)構參數(shù)進行優(yōu)化，得到優(yōu)化結(jié)構參數(shù)。本專利技術的有益效果在于：1)本專利技術為以機箱為對象的研究提供了一種簡單明了的優(yōu)化方法，在考慮結(jié)構的基礎上，加入了熱對結(jié)構的影響，相對于傳統(tǒng)的單優(yōu)化結(jié)構的方式，更能反映機箱在工作中的情況，該優(yōu)化結(jié)果更準確，保證機箱在惡劣服役環(huán)境下的性能穩(wěn)定性。2)本專利技術的電子裝備結(jié)構設計優(yōu)化的方法，由于在Workbench分析軟件中輸出了實時更新的模型，所以可以直接對更新后的模型進行驗證，并且可以對更新后的模型進行其他學科的計算，比如電場、磁場的計算。3)本專利技術的電子裝備結(jié)構優(yōu)化的方法，其結(jié)構中優(yōu)化了冷板結(jié)構，能更好的通過熱傳導方式，利用冷板中的液體把模塊器件的熱量帶走，降低了由于高密度集成帶來溫度過高導致機箱性能降低或失效的弊端。4)本專利技術的電子裝備結(jié)構優(yōu)化的方法，集成的都是常用軟件，結(jié)構分析是staticstructur本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種電子裝備結(jié)構優(yōu)化設計方法，其特征在于，包括下述步驟：(1)根據(jù)電子裝備的結(jié)構參數(shù)和尺寸，用三維造型軟件pro/e建立電子裝備模型；(2)用Workbench分析軟件讀取建立好的電子裝備模型，并用Workbench分析軟件中的Geometry模塊對電子裝備模型的結(jié)構參數(shù)進行重新建模，得到優(yōu)化結(jié)構參數(shù)，并且實時輸出更新后的優(yōu)化模型；(3)根據(jù)電子裝備的初始工作環(huán)境和熱參數(shù)，在Icepak熱仿真軟件中，設定熱分析的熱初始條件，對優(yōu)化模型進行熱仿真分析，得到熱仿真結(jié)果，即電子裝備的工作溫度；(4)根據(jù)電子裝備的初始工作條件，在static?structure結(jié)構仿真軟件中，設定結(jié)構分析的結(jié)構初始條件，將熱仿真分析結(jié)果中的電子裝備的工作溫度施加到優(yōu)化模型結(jié)構上進行熱?結(jié)構耦合仿真分析，得到熱?結(jié)構耦合仿真結(jié)果，即電子裝備的結(jié)構熱變形；(5)建立電子裝備的數(shù)學優(yōu)化模型，分別將步驟(3)得到的電子裝備的工作溫度和步驟(4)得到的電子裝備的結(jié)構熱變形輸入到優(yōu)化數(shù)學模型中；(6)如果電子裝備的工作溫度和結(jié)構熱變形f均小于電子裝備的結(jié)構最大熱變形Def和電子裝備最高溫度Tmax，則確定該結(jié)構的電子裝備設計合理；否則，調(diào)整電子裝備的優(yōu)化結(jié)構參數(shù)和熱參數(shù)，重復步驟(2)－(6)，直至滿足要求。...

【技術特征摘要】
1.一種電子裝備結(jié)構優(yōu)化設計方法，其特征在于，包括下述步驟：(1)根據(jù)電子裝備的結(jié)構參數(shù)和尺寸，用三維造型軟件pro/e建立電子裝備模型；(2)用Workbench分析軟件讀取建立好的電子裝備模型，并用Workbench分析軟件中的Geometry模塊對電子裝備模型的結(jié)構參數(shù)進行重新建模，得到優(yōu)化結(jié)構參數(shù)，并且實時輸出更新后的優(yōu)化模型；(3)根據(jù)電子裝備的初始工作環(huán)境和熱參數(shù)，在Icepak熱仿真軟件中，設定熱分析的熱初始條件，對優(yōu)化模型進行熱仿真分析，得到熱仿真結(jié)果，即電子裝備的工作溫度；(4)根據(jù)電子裝備的初始工作條件，在staticstructure結(jié)構仿真軟件中，設定結(jié)構分析的結(jié)構初始條件，將熱仿真分析結(jié)果中的電子裝備的工作溫度施加到優(yōu)化模型結(jié)構上進行熱-結(jié)構耦合仿真分析，得到熱-結(jié)構耦合仿真結(jié)果，即電子裝備的結(jié)構熱變形；(5)建立電子裝備的數(shù)學優(yōu)化模型，分別將步驟(3)得到的電子裝備的工作溫度和步驟(4)得到的電子裝備的結(jié)構熱變形輸入到優(yōu)化數(shù)學模型中；(6)如果電子裝備的工作溫度和結(jié)構熱變形f均小于電子裝備的結(jié)構最大熱變形Def和電子裝備最高溫度Tmax，則確定該結(jié)構的電子裝備設計合理；否則，調(diào)整電子裝備的優(yōu)化結(jié)構參數(shù)和熱參數(shù)，重復步驟(2)－(6)，直至滿足要求。2.根據(jù)權利要求1所述的一種電子裝備結(jié)構優(yōu)化設計方法，其特征在于，所述步驟(1)中，電子裝備的結(jié)構參數(shù)包括冷板...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王偉，孟鵬飛，王國創(chuàng)，王從思，錢思浩，張爍，李鵬，陳竹梅，楊文芳，張敬瑩，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西,61