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| 虛擬仿真技術(shù)在電子行業(yè)中的應(yīng)用 |
更新時(shí)間：2007-8-31 11:32:41
�。� 編輯：映君 ）
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引言：電子行業(yè)是一個(gè)飛速發(fā)展的行業(yè)，市場容量極其巨大， 現(xiàn)如今我國已是全球第三大電子信息產(chǎn)品制造國，電子信息產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)角落，包括國防軍工用品、通信、醫(yī)療、計(jì)算機(jī)及周邊視聽產(chǎn)品、玩具等。隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)電子相關(guān)行業(yè)提出了更高的要求:精確、穩(wěn)定、輕巧、保密、可靠;同時(shí)，電子行業(yè)又具有產(chǎn)品更新快，研發(fā)周期短的特點(diǎn)，為了滿足不斷發(fā)展的市場需求，加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的升級(jí)，在核心技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，電子行業(yè)必須采用新的研究方法和技術(shù)。虛擬仿真研究是目前電子行業(yè)所廣泛采用的一種新的方法和技術(shù)。
MSC.Software公司作為全球最大的CAE產(chǎn)品供應(yīng)商，不僅為電子行業(yè)提供了多方位的虛擬仿真軟件，同時(shí)MSC.Software公司還一直與世界各大電子產(chǎn)品制造商和研發(fā)機(jī)構(gòu)有著良好的合作關(guān)系。通過MSC.Software公司所提供的虛擬仿真軟件如MSC.ADAMS，MSC.Marc，MSC.Fatigue，MSC.Patran，MSC.Nastran，MSC.Dytran，MSC.Easy5等，不僅可以對(duì)電子產(chǎn)品的性能進(jìn)行全方面的研究，而且還可以實(shí)現(xiàn)電子行業(yè)與其他行業(yè)的多學(xué)科一體化仿真。
1、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常遇到的突出矛盾和問題
在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，我們經(jīng)常遇到以下問題:
1) 電子產(chǎn)品的機(jī)械性能:可靠性、加工性、疲勞壽命、抗沖擊能力、載體振動(dòng)與電子產(chǎn)品振動(dòng)的耦合關(guān)系、適配器的設(shè)計(jì)等;
2) 雷達(dá)與天線系統(tǒng):運(yùn)動(dòng)規(guī)律、控制規(guī)律、風(fēng)載與平衡、雷達(dá)和天線陣面形狀，結(jié)構(gòu)形式(實(shí)體或網(wǎng)狀)、彈性立柱剛度、齒輪減速機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)框圖、控制系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)的耦合規(guī)律等;
3) 電子產(chǎn)品的熱分析:散熱、熱應(yīng)力、熱平衡等;
4) 電子芯片封裝和焊點(diǎn)疲勞分析;
5) 振動(dòng)噪聲分析
2、MSC.Software在電子行業(yè)中的解決方案
對(duì)于電子行業(yè)，在沒有規(guī)范可以依循的情況下，MSC.Software公司針對(duì)各種問題提供了相應(yīng)的高效的解決方案。MSC.Software強(qiáng)大的產(chǎn)品群可以分別用來處理不同領(lǐng)域的問題。產(chǎn)品群中的各軟件既可獨(dú)立解決相關(guān)行業(yè)的問題，也可根據(jù)問題的耦合情況，提供相對(duì)應(yīng)的聯(lián)合仿真分析。
1) MSC.Nastran在電子行業(yè)結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用
MSC.Nastran是電子行業(yè)結(jié)構(gòu)分析中的首選軟件，它提供了功能十分強(qiáng)大的靜力、屈曲、高級(jí)動(dòng)力響應(yīng)、隨機(jī)振動(dòng)響應(yīng)、復(fù)合材料、設(shè)計(jì)靈敏度及優(yōu)化、拓?fù)鋬?yōu)化、顯式動(dòng)力學(xué)、隱式動(dòng)力學(xué)等方面的分析功能。MSC.Nastran經(jīng)過無數(shù)工程問題的驗(yàn)證，具有極高的軟件可靠性，成為了多個(gè)行業(yè)的分析標(biāo)準(zhǔn)，在很多著名的電子電器行業(yè)，MSC.Nastran得到了廣泛的應(yīng)用。圖1顯示了國際某著名磁盤驅(qū)動(dòng)器生產(chǎn)商采用MSC.Nastran進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的情況;圖2是美國宇航局采用MSC.Nastran對(duì)火星探路者天線裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析的情況。
圖1 MSC.Nastran磁盤驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析 圖2 火星探路者天線裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析
2) MSC.Marc在電子行業(yè)非線性分析、熱分析、電磁分析、多場耦合分析中應(yīng)用
作為全球的第一個(gè)非線性有限元軟件，MSC.Marc提供了強(qiáng)大的材料非線性、幾何非線性、接觸非線性等的非線性分析功能，提供了熱分析、流場分析、磁場分析、電場分析、聲場分析等非結(jié)構(gòu)場的分析功能，同時(shí)也提供了強(qiáng)大的多物理場耦合分析功能。利用MSC.Marc，我們可以非常方便，準(zhǔn)確，快速地進(jìn)行可靠性分析、加工工藝工程模擬、裂紋擴(kuò)展，抗沖擊性能計(jì)算、熱-機(jī)耦合，熱-電-結(jié)構(gòu)耦合分析、適配器設(shè)計(jì)、壓電分析和電子芯片封裝等。針對(duì)是電子產(chǎn)品的熱平衡，散熱，熱應(yīng)力分析需求，MSC.Marc可以進(jìn)行全方位的熱分析，包括熱傳導(dǎo)，對(duì)流，輻射，接觸傳熱，間隙傳熱等穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析
圖3顯示了MSC.Marc在微型電熱制動(dòng)器上的應(yīng)用;圖4是國內(nèi)某廠采用MSC.Marc對(duì)控陣天線進(jìn)行流熱耦合分析的情況。
圖3 微型電熱制動(dòng)器的電-熱-結(jié)構(gòu)耦合分析 圖4 控陣天線的流-熱耦合分析
3) MSC.Dytran和LS-DYNA在電子產(chǎn)品的跌落、碰撞等分析中的應(yīng)用
Msc.Software綜合了MSC.Dytran的歐拉優(yōu)勢(shì)和Dyna的拉格朗優(yōu)勢(shì)，提供了高度非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析功能，為電子產(chǎn)品的跌落，碰撞等分析提供完美解決方案。是電子產(chǎn)品跌落、碰撞分析設(shè)計(jì)必不可少的分析工具。圖5所示的是國際某著名手機(jī)生產(chǎn)商對(duì)手機(jī)所進(jìn)行的跌落分析。
圖5 手機(jī)跌落分析
4) MSC.ADAMS和MSC.Easy5在運(yùn)動(dòng)仿真以及運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真中的應(yīng)用
利用MSC.ADAMS進(jìn)行運(yùn)行學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真，可以研究電子產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)特性與機(jī)械性能。圖6和圖7分別是ABB公司機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真和三菱電器開關(guān)的作動(dòng)仿真。在雷達(dá)天線系統(tǒng)中，利用MSC.ADAMS可以仿真雷達(dá)天線系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，利用MSC.Easy5可以進(jìn)行控制系統(tǒng)仿真，并與MSC.ADAMS進(jìn)行聯(lián)合仿真。同時(shí)利用MSC.Nastran可以快速精確地計(jì)算雷達(dá)天線系統(tǒng)在風(fēng)載和其它振動(dòng)載荷作用的動(dòng)力、靜力響應(yīng)。MSC.Easy5+MSC.ADAMS+MSC.Nastran 實(shí)現(xiàn)了完美的控制-液壓-運(yùn)動(dòng)-結(jié)構(gòu)聯(lián)合仿真系統(tǒng)，MSC.Software是目前世界上唯一一家可以全部提供雷達(dá)天線系統(tǒng)全面仿真分析軟件的公司。
圖6 ABB公司機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)仿真 圖7 三菱電器開關(guān)的作動(dòng)仿真
圖8為某雷達(dá)天線系統(tǒng)的MSC.ADAMS和MSC.EASY5聯(lián)合仿真過程。圖9表示利用MSC.Nastran和MSC.ADAMS對(duì)某衛(wèi)星天線進(jìn)行聯(lián)合動(dòng)力仿真的過程。
圖8 某雷達(dá)天線系統(tǒng)的MSC.ADAMS和MSC.EASY5聯(lián)合仿真
圖9 衛(wèi)星通訊天線的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力響應(yīng)分析
5) MSC.Fatiuge在電子行業(yè)疲勞分析中的應(yīng)用
MSC.Fatigue是MSC.Software公司與英國謝非爾德nCode國際公司(nCode International)緊密合作的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高級(jí)疲勞分析軟件，能夠很好預(yù)測于電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、熱疲勞壽命。目前，絕大部分涉及疲勞分析的用戶都采用MSC.Fatigue軟件進(jìn)行分析。圖10為波音公司使用MSC.Fatigue軟件對(duì)某電子器件進(jìn)行焊接疲勞分析，圖11則為某電路板的焊點(diǎn)疲勞壽命分析。
圖10 波音公司謀電子器件焊接疲勞分析 圖11 電路板焊點(diǎn)疲勞壽命分析
6) MSC.Actran在電子行業(yè)振動(dòng)噪音分析中的應(yīng)用
MSC.Actran是振動(dòng)噪聲分析的專用工具，是集有限元與無限元于一體的聲學(xué)分析軟件�？汕蠼饴曇舻妮椛洹⒀苌�、散射、導(dǎo)向傳播、封閉聲場、吸收、隔音、傳輸、衰減等，聲源模型不僅包括經(jīng)典的聲單極、雙極、點(diǎn)或離散載荷以及強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)等，也包括高級(jí)物理激勵(lì)模型，如紊流邊界層或散射聲場等。能夠很好的為雷達(dá)、電機(jī)、音響、耳機(jī)等各種機(jī)械電子產(chǎn)品的振動(dòng)噪聲分析提供解決方案。圖12顯示了對(duì)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲場分析的模型和結(jié)果。
圖12 揚(yáng)聲器聲場分析
3、MSC.Software在電子行業(yè)中解決方案的發(fā)展與前景展望
MSC.Software對(duì)電子行業(yè)不同領(lǐng)域的問題都提出了相應(yīng)的解決方案，我們可以針對(duì)不同性質(zhì)的問題，在產(chǎn)品群中選擇最為適當(dāng)?shù)能浖M(jìn)行分析。然而，科技在進(jìn)步，人們對(duì)仿真分析也提出了越來越高的要求，人們已不僅僅需要“能夠”提供解決方案，而且要求能更有效、更便捷、更經(jīng)濟(jì)地解決問題。針對(duì)這種需求，MSC.Software力求創(chuàng)新，努力尋求解決方案，而且卓有成效。例如:為了滿足仿真流程自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的需求，MSC.Software推出了仿真流程的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)—MSC.SimManager，有效地克服了“仿真信息孤島”，在集成CAX系統(tǒng)且內(nèi)嵌行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和專家經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，形成支撐創(chuàng)新研發(fā)的知識(shí)庫;為了解決復(fù)雜的、交叉學(xué)科的問題，MSC.Software推出了新一代的企業(yè)級(jí)工程分析多學(xué)科仿真系統(tǒng)—MD NASTRAN，它集成了MSC.Software產(chǎn)品群中絕大部分軟件的所有優(yōu)勢(shì)功能，使得用戶使用單一的數(shù)據(jù)模型，就能完全解決工程內(nèi)和跨工程學(xué)科的問題，包括分析鏈和多學(xué)科耦合問題，極大地減少了人為錯(cuò)誤，極大地提高了工作效率，必將帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
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文章來源：中國投影網(wǎng)
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