Материал: Рабочая программа, методические указания к самостоятельной работе по дисциплине «Моделирование и оптимизация тепловых характеристик конструкций при проектировании РЭС». Турецкий А.В., Ципина Н.В

Методические указания к теме 5

Тема 5. Моделирование тепловых характеристик конструкций при проектировании.

Самостоятельное изучение. Изучить возможности мо-

дулей Creo Parametric (Pro/ENGINEER Mechanica), T-FLEX CAD, Autodesk Simulation Multiphysics для моделирования тепловых характеристик конструкций при проектировании.

Методические указания

В настоящее время широко стоит вопрос о моделировании тепловых характеристик для бортовой аппаратуры. Оценка тепловых режимов электронных средств остается важной задачей. На производстве термический контроль производится с помощью приборов входного контроля, позволяющих получить картину распределения температур. Это может происходить несколькими способами: внешнее тестирование платы в рекомендованных температурных режимах либо помещение устройства в тепловизор с внутренней камерой.

Последний метод позволяет получить фотографическую картинку, где цветом указаны тепловые режимы в заданных условиях эксплуатации. Так же они позволяют количественно оценить тепловые параметры в определенных технических условиях, что важно и для поставляемых изделий: интересующие параметры могут отсутствовать в технических характеристиках на устройство или плату. Такие «термошкафы» удобны, когда мы имеем поток различной электроники. В случае собственных разработок гораздо удобнее и экономичнее оценивать тепловые режимы средствами САПР. Имея электрические и коммутационные схемы легче оценить возможные критические ситуации и установить предельные режимы использования сразу в среде разработки: внесенные изменения будут исходным условием для дальнейших этапов. Таким образом, уменьшается количество брака, материальные издержки; увеличивается срок службы; проводится предпроизводственная

19

оценка моделирования. Как уже было сказано, такие программы достаточно дороги; их алгоритмы являются закрытым кодом и не могут быть внедрены в более простые системы проектирования. Решением этой проблемы являются узкоспециализированные продукты, решающие только одну задачу.

Creo Parametric (Pro/ENGINEER) – это САПР самого высокого уровня. Система позволяет моделировать различные объекты, содержащие сложные поверхности. Creo Parametric

— расширяемое и совместимое параметрическое решение для максимально эффективной разработки инноваций, повышения качества 3D-конструкций изделий и ускорения вывода изделий на рынок. Это программное средство помогает быстро разрабатывать очень качественные и точные цифровые модели. Более того, надежные цифровые модели являются полностью ассоциативными.

Любые внесенные в изделие изменения приводят к комплексному обновлению рабочей документации. Это обеспечивает доверие к цифровым данным об изделиях, необходимое для инвестирования значительного капитала в привлечение ресурсов, производственные мощности и организацию

Повышение производительности за счет более эффективных и гибких функций трехмерного детального конструирования.

Быстрое и простое создание 3D-моделей любой детали или сборки.

Специальный набор инструментов для работы с крупными сборками.

Автоматическое создание производственных чертежей, обеспечивающее полную уверенность в их соответствии текущей конструкции.

Повышение эстетики конструкций за счет широких возможностей построения поверхностей.

20

Удобное использование получаемых от клиентов и поставщиков данных CAD в нейтральных форматах и в форматах других систем (не PTC), исключающее необходимость в преобразовании файлов или воссоздании 3D-моделей с нуля.

Мгновенный доступ к библиотеке деталей: винтам, болтам, гайкам, шайбам и т. д.

Мгновенный доступ к обширному набору учебных материалов и руководств непосредственно из программы, что позволяет быстро достичь необходимой производительности труда.

Creo Elements/Pro (Pro-ENGINEER) Mechanica позволя-

ет инженерам-конструкторам самостоятельно оценить, исследовать и оптимизировать структурное поведение разрабатываемых ими конструкций, находящихся под воздействием реальных статических и динамических нагрузок. Точное представление геометрии и уникальная адаптивная методика расчета позволяют легко получать быстрые и точные решения - решения, которые помогают повысить качество изделий, сокращая при этом время и расходы на разработку, а также расходы на изготовление и испытание опытных образцов.

Интерфейсы, имеющиеся в Creo Elements/Pro (ProENGINEER) позволяют, проводить структурный, тепловой и кинематический анализ и оптимизацию конструкций, созданных в различных CADсистемах.

Creo Elements/Pro (Pro-ENGINEER) Thermal Simulation Package позволяет инженеру-конструктору моделировать поведение разрабатываемой конструкции под воздействием тепловых нагрузок. Возможность постоянного контроля функциональных параметров изделия позволяет своевременно вводить необходимые качественные изменения на ранних стадиях проекта, значительно сокращая затраты на разработку, испытания, изготовление и эксплуатацию изделий.

Thermal Simulation Package полностью интегрирован с остальными продуктами PTC и позволяет проводить расчеты и оптимизацию моделей, созданных в других CADсистемах. Pro/MECHANICA позволяет использовать возможности Creo

21

Elements/Pro (Pro-ENGINEER) Behavioral Modeling для реше-

ния залач распространения тепла. Способность Creo Elements/Pro (Pro-ENGINEER) эффективно решать задачи раз-

личного класса позволяет проводить с ее помощью оптимизацию конструкции одновременно по прочностным, тепловым и кинематическим характеристиками. Сочетание с мощными средствами параметрической оптимизации, дает теперь разработчику возможность создавать изделия с заданными функциональными характеристиками. Thermal Simulation Package может работать самостоятельно, а так же в качестве интегриро-

ванной опции к Creo Elements/Pro (Pro-ENGINEER)- Foundation.

Thermal Simulation Package позволяет разработчику оценить эффективность конструкции с точки зрения ее реакции на тепловые нагрузки, не прибегая к изготовлению испытательных образцов. При этом можно легко исследовать к чему приведут те или иные возможные модификации конструкции. Наилучшая комбинация таких модификаций, улучшающая конструкцию, затем может быть определена автоматически посредством проведения оптимизационного анализа.

Тепловые нагрузки в виде заданных температур и условий конвективного теплообмена накладываются непосредственно на геометрию модели, созданную конструктором. Эти нагрузки могут быть однородными для всей модели или различными для ее различных участков. Для контроля правильности приложения нагрузок можно получить их графическое изображение.

До начала анализа можно определить что будет использоваться для оценки сходимости: температура определенного участка модели, норма энергии, глобальная норма ошибки, или же вы зададите свой собственный показатель. После завершения анализа можно просмотреть графики их изменения на каждом этапе расчета для визуальной оценки хода процесса сходимости решения.

Можно выбрать один или несколько параметров модели и проварьировать их в заданных пределах, а затем просмотреть

22

графически каковы будут результаты изменения этих параметров.

Можно провести расчет локальной чувствительности при небольших отклонениях заданных параметров от их номинальных значений, а затем визуализировать результаты расчета для выяснения того дает ли существенный эффект изменение тех или иных параметров.

Возможности Pro/MECHANICA позволяют оптимизировать конструкцию по нескольким параметрам, определив в качестве целевой функции - стоимость, массу, величину теплового потока, температурные градиенты или любой другой аспект конструкции. Например, можно минимизировать массу сборочной единицы при том условии, чтобы уровень напряжений, величина первой собственной частоты, и максимальная температура модели оставались в заданных пределах.

SolidWorks (Солидворкс)- программный комплекс САПР для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства. Обеспечивает разработку изделий любой

Corporation, ныне являющейся независимым подразделением компании Dassault Systemes. Решаемые задачи:

Конструкторская подготовка производства (КПП):

3D проектирование изделий (деталей и сборок) любой степени сложности с учётом специфики изготовления.

Создание конструкторской документации в строгом соответствии с ГОСТ.

Промышленный дизайн.

Реверсивный инжиниринг.

Инженерный анализ (прочность, устойчивость, теплопередача, частотный анализ, газо/гидродинамика, оптика и светотехника, электромагнитные расчет, анализ размерных цепей и пр.).

23