具体分析过程：详解11.2.3

时间：2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：2）选择|命令，设置分析单位，如图11-20所示。图11-21 创建分析项目A4）在中下的选项上按住鼠标左键，拖动到分析项目A中的A2上，当A2呈红色高亮显示时，释放鼠标创建分析项目B，如图11-22所示。2）在弹出的对话框中选择文件路径，导入随书光盘中的“\Chapter11\11.2\uncompleted\regulator.sldasm”几何体文件。单击按钮，生成几何体，即可在窗口右侧显示出几何图形，如图11-25所示。

具体分析过程：详解11.2.3

1.启动Workbench并建立分析项目

1）双击桌面上的【Workbench14.5】图标，启动ANSYS 14.5 Workbench，进入用户操作界面。

2）选择【Units】|【Metric（kg，mm.s，℃，mA，N，mV）】命令，设置分析单位，如图11-20所示。

3）双击【Toolbox（工具箱）】中【Component Systems】下的【Geometry】选项，即可在【Project Schematic（项目管理区）】创建分析项目A，如图11-21所示。

图11-20 设置分析单位

图11-21 创建分析项目A

4）在【Toolbox（工具箱）】中【Analysis Systems】下的【Steady-State Thermal】选项上按住鼠标左键，拖动到【Project Schematic（项目管理区）】分析项目A中的A2上，当A2呈红色高亮显示时，释放鼠标创建分析项目B，如图11-22所示。

图11-22 创建分析项目B

2.导入几何体模型

1）在A2栏的【Geometry】项上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Import Geometry】|【Browse】命令，如图11-23所示，弹出【打开】对话框。

2）在弹出的【打开】对话框中选择文件路径，导入随书光盘中的“\Chapter11\11.2\uncompleted\regulator.sldasm”几何体文件。此时，A2栏的【Geometry】项后面的变为，表明实体模型已经添加。

3）双击项目A中的A2栏的【Geometry】项，此时会进入到DesignModeler界面，并弹出【ANSYS Workbench】对话框，选择【Millimeter】单选按钮设置mm单位，如图11-24所示。

图11-23 选择【Import Geometry】|【Browse】命令

图11-24 【ANSYS Workbench】对话框

4）进入DM后，设计树中【Import1】节点前面显示，表示需要生成，图形窗口没有图形显示。单击按钮，生成几何体，即可在窗口右侧显示出几何图形，如图11-25所示。

图11-25 生成几何图形后的DesignModeler界面

5）单击按钮，弹出【另存为】对话框，选择合适的文件路径和名称后（chip.wbpj），单击【保存】按钮保存项目。

6）回到DesignModeler界面，单击右上角的按钮，退出DesignModeler界面，返回到ANSYS Workbench主界面。

3.添加材料库

1）双击项目B中的B2栏的【Engineering Data】项，进入如图11-26所示的材料参数设置界面。

图11-26 双击【Engineering Data】选项

2）在界面的空白处任意位置单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Engineering Data Sources（工程数据源）】命令，原界面窗口中的【Outline of Schematic B2：Engineering Data】窗口消失，取代以【Engineering Data Sources（工程数据源）】和【Outline of Favorite（优先列表）】窗口，如图11-27所示。

图11-27 材料参数设置界面

3）在【Engineering Data Sources（工程数据源）】窗口中选中A3栏中的【General Materials（通用材料）】项，出现【Outline of General Materials（通用材料列表）】窗口，如图11-28所示。

图11-28 选择General Materials材料源

4）在【Outline of General Materials（通用材料列表）】窗口中单击B10栏的按钮，此时在C10栏上会出现（使用中的）标志，表明材料已经添加到分析项目之中，如图11-29所示。

图11-29 添加Silicon Anisotropic

5）在【Outline of General Materials（通用材料列表）】窗口中单击B7栏的按钮，此时在C7栏上会出现（使用中的）标志，表明材料已经添加到分析项目之中，如图11-30所示。

图11-30 添加Copper Alloy

6）在窗口的任意空白处单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Engineering Data Sources（工程数据源）】命令，返回到初始材料设置窗口并显示添加的材料，单击按钮返回到项目管理区。

4.添加模型材料属性

1）双击【Project Schematic（项目管理区）】中项目B的B4栏的【Model】项，进入Mechanical界面。在该界面下可进行网格划分、分析设置、结果观察等，如图11-31所示。

2）选择【Units】|【Metric（mm，kg，N，s，mV，mA）】命令，设置分析单位，如图11-32所示。

图11-31 Mechanical用户界面

图11-32 设置分析单位

3）在窗口左侧【Outline（分析树）】中单击【Geometry】节点下的【heat sink-1】，此时在【Details of“heat sink-1”（参数列表）】显示模型参数。单击【Material】节点下的【Assignment】选项，然后单击按钮，选择Copper Alloy，将材料设置为铜合金，如图11-33所示。

图11-33 设置散热器材料

4）同理，依次在窗口左侧【Outline（分析树）】中单击【Geometry】节点下的【connector-1】、【connector-2】、【connector-3】，在详细设置窗口中设置【Material】为Copper Alloy，如图11-34所示。

图11-34 设置连接器材料

5）在窗口左侧【Outline（分析树）】中单击【Geometry】节点下的【microchip-2】，此时在【Details of“microchip-2”（参数列表）】显示模型参数，单击【Material】节点下的【Assignment】选项，然后单击按钮，选择“Silicon Anisotropic”，将材料设置为硅，如图11-35所示。

图11-35 设置芯片材料(www.xing528.com)

5.划分网格

1）在【Outline（分析树）】中选择【Mesh】节点，单击【Mesh】工具栏上的【Mesh Control（网格控制）】|【Sizing（尺寸）】命令，为网格划分添加尺寸控制。

2）单击窗口上方【图形选择】工具栏上的【Body（选择体）】按钮，在【Details of“Body Sizing”Sizing】列表中单击【Scope】选项下的【Scoping Method】项，在图形区框选所有实体，单击【Geometry】项中的【Apply】按钮完成，在【Element Size】文本框中输入1mm，如图11-36所示。

图11-36 设置网格尺寸

3）在【Outline（分析树）】中选择【Mesh】节点，单击【Mesh】工具栏上的【Mesh（网格）】|【Generate Mesh（生成网格）】命令，将弹出网格生成进度条，表明正在划分网格。当网格划分完成后，进度条自动消失，最终生成效果如图11-37所示。

图11-37 生成网格

6.定义接触热阻

在窗口左侧【Outline（分析树）】中选中【Connections】|【Contacts】下的【Contact Region4】节点，在详细设置窗口中【Advanced】选项下的【Thermal Conductance】下拉列表中选择Manual，在【Thermal Conductance Value】文本框中输入10000，如图11-38所示。

图11-38 设置接触热阻

7.施加载荷与边界条件

1）在【Outline（分析树）】中选择【Steady-State Thermal（B5）】节点，单击【Environment】工具栏上的【Heat】|【Internal Heat Generation（内部热生成）】命令，单击【图形】工具栏上的选择模式下的【Single Select（单选）】按钮，然后再单击【Body（选择体）】按钮，选择芯片实体，单击【Geometry】项中的【Apply】按钮完成。在【Details of“Internal Heat Generation”】列表中设置【Definition】选项下的【Magnitude】为1.76e7W/m³，如图11-39所示。

图11-39 设置内部热生成

2）单击【Environment】工具栏上的【Convection（对流）】命令，单击【图形】工具栏上的选择模式下的【Box Select（框选）】按钮，然后再单击【Face（选择面）】按钮，选择芯片除了接触热阻表面之外的所有表面，在【Details of“Convection”】列表中单击【Geometry】项中的【Apply】按钮完成，在【Film Coefficient】中输入250，如图11-40所示。

图11-40 施加对流条件

3）单击【Environment】工具栏上的【Convection（对流）】命令，单击【图形】工具栏上的选择模式下的【Box Select（框选）】按钮，然后再单击【Face（选择面）】按钮，选择散热器除了接触热阻表面之外的所有表面，在【Details of“Convection 2”】列表中单击【Geometry】项中的【Apply】按钮完成，在【Film Coefficient】中输入100，如图11-41所示。

图11-41 施加对流条件

提示：选择时，可在分析树的【Geometry】节点下的各实体中单击右键，在弹出的快捷菜单中选择【Show Body】或【Hide Body】命令显示隐藏实体。

8.设置求解项

1）在【Outline（分析树）】中选择【Solution（B6）】节点，出现【Solution】工具栏。

2）求解温度。单击【Solution】工具栏上的【Thermal】|【Temperature】命令，此时在分析树中插入【Temperature】求解项，如图11-42所示。

3）求解热通量。单击【Solution】工具栏上的【Thermal】|【Total Heat Flux】命令，此时在分析树中插入【Total Heat Flux】求解项，如图11-43所示。

图11-42 添加温度求解项

图11-43 添加热通量求解项

9.求解并显示分析结果

1）单击工具栏上的【Solve】按钮，启动求解，系统弹出进度条，表示正在求解。求解完成后进度条自动消失，如图11-44所示。

2）温度分析云图。在【Outline（分析树）】中选择【Solution（B6）】节点，单击其下的【Temperature】项，在图形窗口显示出温度分析云图，如图11-45所示。

3）热通量云图。在【Outline（分析树）】中选择【Solution（B6）】节点，单击其下的【Total Heat Flux】项，在图形窗口显示出热通量云图，如图11-46所示。从图中可知芯片底部发生了最大的热流动。

4）创建坐标系。在【Outline（分析树）】中选择【Coordinate System】节点，单击【Coordinate Systems】工具栏上的【Create Coordinate System】按钮，在分析树中自动插入【Coordinate System】节点，在详细设置窗口中定义【Origin】下的【Define By】为Global Coordinates，设置【Principal Axis】下的【Axis】为Z，如图11-47所示。

图11-44 求解进度条

图11-45 温度分析云图

图11-46 热通量云图

图11-47 定义坐标系

5）创建表面。在【Outline（分析树）】中选择【Model（B4）】节点，单击【Model】工具栏上的【Construction Geometry】按钮，然后单击【Construction Geometry】工具栏上的【Path】按钮，在【Details of“Surface”】列表中的【Coordinate System】下选择新创建的Coordinate System，如图11-48所示。