一种电子装备结构优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种电子装备结构优化设计方法，包括用三维造型软件pro/e建立电子装备模型；用Workbench分析软件中对电子装备模型的结构参数进行重新建模，得到优化结构参数；在Icepak热仿真软件中，对优化模型进行热仿真分析，得到电子装备的工作温度；在static structure结构仿真软件中，将工作温度施加到优化模型结构上进行热‑结构耦合仿真分析，得到电子装备的结构热变形；建立电子装备的数学优化模型，判断电子装备的工作温度和结构热变形f，进而确定该结构的电子装备设计合理。本发明专利技术方法能够用于指导在结构‑热两场相互影响情况下机箱的设计，延长机箱的工作寿命，其优化结果更准确，保证机箱在恶劣服役环境下的性能稳定性。

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.

【技术实现步骤摘要】
一种电子装备结构优化设计方法
本专利技术属于电子装备领域，具体涉及高密度复杂机载机箱电子装备的结构优化设计方法。
技术介绍
电子装备的机箱是把装备内部各种电子元器件或机械零部件组装成为整体，并使其免除各种复杂环境的影响和干扰、确保电性能的基础结构。作为应用于高新技术产品的现代军用电子装备的机箱，不但要满足装备的功能需要，而且要满足装备的环境需求。一个设计精良的电子机箱，可以使装备经受较强的振动冲击和电磁干扰以及较为恶劣的气候条件，是提高现代化电子装备可靠性的基础。航天电子装备与普通商用电子装备有着很大的不同。由于其应用环境极为恶劣，在机箱结构设计上必须采用一系列的加固措施，尽量避免或减小由于高低温、振动冲击、电磁干扰等不利因素对电气性能造成的影响。电子装备结构设计的目的是为安装在它内部的电子元件和组件提供一个良好的、能够抵抗外界恶劣条件的微环境，抗振缓冲设计、热控制设计及电磁兼容设计便是其中的关键技术。随着电子装备多学科问题的不断提出和重视，使得电子装备的多场耦合问题也不断地成为研究和设计的重点，以使电子装备在整体上取得更高的性能指标，更好地适应在使用中遇到的各种复杂、苛刻的环境。对于多场耦合问题，国外对此早已在多个领域开始了研究，并取得了很多有价值的成果。如，采用边界元法研究耦合接触问题；研究电子装备中不同电磁场之间的耦合问题；采用域内网格匹配法的流-固耦合问题等。近年来，针对多场耦合问题还组织了多次国际性的会议，如2005和2007年欧盟计算数学及其应用学会举办了耦合问题(CoupledProblems)的国际会议；德国斯图加特大学也举办过三次同样主题的国际会议；国际区域分解法学会也已经举办过17届相关专题的多场耦合问题求解方法的国际会议。国内对多场耦合问题的研究起步较晚，发展的也相对较慢。有相当一部分文献是对国外成果的总结和综述，虽然未能提出新的成果，却可以让更多国内的研究者对多场耦合的国际进展有个明确的了解。例如，流-固耦合研究进展；热电材料多场耦合综述及振动系统机电耦合研究综述等。随着国内对多场耦合问题的不断重视和研究，也取得了一些可观的成果，并不断向国际水平接轨。例如，利用有限元方法研究热-结构耦合模型；研究了压电复合材料的热-结构耦合问题，压电复合材料由于航空航天的应用使得对其研究和应用取得了很大的成果；还有研究MEMS中的多场耦合问题等等。国内对多场耦合问题的研究也重视多方、多层次的合作与交流，除了积极参加相关国际会议进行学习和交流外，还组织了许多多场耦合问题的学术会议和研讨会。目前，在国内外耦合问题的求解基本上有三种方法：(1)域消除法：使用积分变换或模态缩减法以消除一个或几个域，余下的域则用集成求解法，这里的域可以理解为不同的物理场。(2)集成解法：在一个时间步内同时求解所有耦合物理场的控制方程。(3)分区算法：分区算法是把各个耦合域模型作为一个独立的实体进行计算的，域间的相互关系可通过数据进行传递。分区算法在某些耦合求解方面应用的比较广泛。目前，常用于耦合研究的场主要有电场、磁场、位移场、温度场和流场等，它们之间也有着一定的复杂的耦合关系存在。虽然国内外学者和组织对多场(或多学科)耦合问题已经取得了很多的成果，但大多局限于一定的领域，如控制系统的机电耦合问题或者传统的热结构，流体结构等问题。还不具备广泛的适用性。另外，对电子装备机箱类结构的多场耦合问题很少有学者做系统的研究。机箱类结构的振动、散热及电磁屏蔽等问题有其自身的特点，解决这些问题对提高电子装备机箱类结构的整体性能有着重要的意义。机箱类结构作为电子系统的载体，其整体性能的大幅提高不仅能够促进国防及航空航天事业的发展，还能减少电子装备对环境和人体产生次生污染，节省能源消耗。因此，电子装备机箱类结构的多学科、多场耦合问题值得进行深入系统的研究和应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电子装备结构优化设计方法，该方法能够针对机箱类结构的振动、散热等问题有其自身的特点，提高电子装备机箱类结构的整体性能。本专利技术的目的是通过下述技术方案来实现的。一种电子装备结构优化设计方法，包括下述步骤：(1)根据电子装备的结构参数和尺寸，用三维造型软件pro/e建立电子装备模型；(2)用Workbench分析软件读取建立好的电子装备模型，并用Workbench分析软件中的Geometry模块对电子装备模型的结构参数进行重新建模，得到优化结构参数，并且实时输出更新后的优化模型；(3)根据电子装备的初始工作环境和热参数，在Icepak热仿真软件中，设定热分析的热初始条件，对优化模型进行热仿真分析，得到热仿真结果，即电子装备的工作温度；(4)根据电子装备的初始工作条件，在staticstructure结构仿真软件中，设定结构分析的结构初始条件，将热仿真分析结果中的电子装备的工作温度施加到优化模型结构上进行热-结构耦合仿真分析，得到热-结构耦合仿真结果，即电子装备的结构热变形；(5)建立电子装备的数学优化模型，分别将步骤(3)得到的电子装备的工作温度和步骤(4)得到的电子装备的结构热变形输入到优化数学模型中；(6)如果电子装备的工作温度和结构热变形f均小于电子装备的结构最大热变形Def和电子装备最高温度Tmax，则确定该结构的电子装备设计合理；否则，调整电子装备的优化结构参数和热参数，重复步骤(2)－(6)，直至满足要求。进一步，所述步骤(1)中，电子装备的结构参数包括冷板中的导流板长度，所述热参数包括流过冷板的冷却液的流速。进一步，所述步骤(5)中，建立电子装备的数学优化模型为：式中，f为步骤(3)和步骤(4)中仿真得到的电子装备的工作温度Tmax和电子装备的结构热变形Def，L1、L2、L3...分别为电子装备中各个导流板的长，v为流过导流板的冷却液的流速，Def为电子装备结构最大热变形，Tmax为电子装备的最高温度。进一步，所述步骤(2)中，得到优化结构参数为L1、L2、L3...，即为电子装备中各个导流板的长。进一步，所述步骤(3)中，热初始条件包括环境温度、冷却液材料的设定、电子装备的功耗、冷却液入口温度和冷却液流速。进一步，所述步骤(4)中，结构初始条件包括电子装备的温度场、约束、载荷和设定接触。进一步，所述步骤(6)中，调整电子装备的优化结构参数和热参数，在步骤(2)中采用序列二次优化算法进行对结构参数进行优化，得到优化结构参数。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术为以机箱为对象的研究提供了一种简单明了的优化方法，在考虑结构的基础上，加入了热对结构的影响，相对于传统的单优化结构的方式，更能反映机箱在工作中的情况，该优化结果更准确，保证机箱在恶劣服役环境下的性能稳定性。2)本专利技术的电子装备结构设计优化的方法，由于在Workbench分析软件中输出了实时更新的模型，所以可以直接对更新后的模型进行验证，并且可以对更新后的模型进行其他学科的计算，比如电场、磁场的计算。3)本专利技术的电子装备结构优化的方法，其结构中优化了冷板结构，能更好的通过热传导方式，利用冷板中的液体把模块器件的热量带走，降低了由于高密度集成带来温度过高导致机箱性能降低或失效的弊端。4)本专利技术的电子装备结构优化的方法，集成的都是常用软件，结构分析是staticstructur本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子装备结构优化设计方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)根据电子装备的结构参数和尺寸，用三维造型软件pro/e建立电子装备模型；(2)用Workbench分析软件读取建立好的电子装备模型，并用Workbench分析软件中的Geometry模块对电子装备模型的结构参数进行重新建模，得到优化结构参数，并且实时输出更新后的优化模型；(3)根据电子装备的初始工作环境和热参数，在Icepak热仿真软件中，设定热分析的热初始条件，对优化模型进行热仿真分析，得到热仿真结果，即电子装备的工作温度；(4)根据电子装备的初始工作条件，在static structure结构仿真软件中，设定结构分析的结构初始条件，将热仿真分析结果中的电子装备的工作温度施加到优化模型结构上进行热‑结构耦合仿真分析，得到热‑结构耦合仿真结果，即电子装备的结构热变形；(5)建立电子装备的数学优化模型，分别将步骤(3)得到的电子装备的工作温度和步骤(4)得到的电子装备的结构热变形输入到优化数学模型中；(6)如果电子装备的工作温度和结构热变形f均小于电子装备的结构最大热变形Def和电子装备最高温度Tmax，则确定该结构的电子装备设计合理；否则，调整电子装备的优化结构参数和热参数，重复步骤(2)－(6)，直至满足要求。...

【技术特征摘要】
1.一种电子装备结构优化设计方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)根据电子装备的结构参数和尺寸，用三维造型软件pro/e建立电子装备模型；(2)用Workbench分析软件读取建立好的电子装备模型，并用Workbench分析软件中的Geometry模块对电子装备模型的结构参数进行重新建模，得到优化结构参数，并且实时输出更新后的优化模型；(3)根据电子装备的初始工作环境和热参数，在Icepak热仿真软件中，设定热分析的热初始条件，对优化模型进行热仿真分析，得到热仿真结果，即电子装备的工作温度；(4)根据电子装备的初始工作条件，在staticstructure结构仿真软件中，设定结构分析的结构初始条件，将热仿真分析结果中的电子装备的工作温度施加到优化模型结构上进行热-结构耦合仿真分析，得到热-结构耦合仿真结果，即电子装备的结构热变形；(5)建立电子装备的数学优化模型，分别将步骤(3)得到的电子装备的工作温度和步骤(4)得到的电子装备的结构热变形输入到优化数学模型中；(6)如果电子装备的工作温度和结构热变形f均小于电子装备的结构最大热变形Def和电子装备最高温度Tmax，则确定该结构的电子装备设计合理；否则，调整电子装备的优化结构参数和热参数，重复步骤(2)－(6)，直至满足要求。2.根据权利要求1所述的一种电子装备结构优化设计方法，其特征在于，所述步骤(1)中，电子装备的结构参数包括冷板...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，孟鹏飞，王国创，王从思，钱思浩，张烁，李鹏，陈竹梅，杨文芳，张敬莹，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61