CN108763794A - 一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法 - Google Patents

一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108763794A
CN108763794A CN201810558705.3A CN201810558705A CN108763794A CN 108763794 A CN108763794 A CN 108763794A CN 201810558705 A CN201810558705 A CN 201810558705A CN 108763794 A CN108763794 A CN 108763794A
Authority
CN
China
Prior art keywords
openfoam
circuit board
board product
heat analysis
thermotropic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810558705.3A
Other languages
English (en)
Inventor
任羿
夏权
孙博
杨德真
冯强
王自力
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beihang University
Original Assignee
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beihang University filed Critical Beihang University
Priority to CN201810558705.3A priority Critical patent/CN108763794A/zh
Publication of CN108763794A publication Critical patent/CN108763794A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，该方法包括：基于eyeshot三维几何建模；物理、数学建模和算法定制；与OpenFOAM之间的数据传递；驱动OpenFOAM进行网格划分和数值仿真计算；监测OpenFOAM计算状态；解析并读取OpenFOAM结果文件，通过eyeshot，按照用户要求输出流场、温度场等计算结果及图形文件。本发明根据实际电路板产品，结合三维建模、可视化显示软件eyeshot和开源CFD软件OpenFOAM，实现OpenFOAM用于电路板产品热分析的建模、前处理和后处理的可视化，形成了一套科学、准确、高效、便捷的基于OpenFOAM的用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，该方法实现了计算机自动完成大量的人工交互的程序工作。基于此方法进行传热数值模拟和相应的设计工作，能够极大地提高工作效率。

Description

一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法
所属技术领域
本发明涉及流体传热数值仿真技术领域，特别是一种用于电路板产品热致失效及 可靠性评估的热分析方法。
背景技术
随着电子产品设备集成度和性能的不断提高及向微型化的发展，其工作状态下热流密度不断增加，散热问题己成为制约电子技术发展的主要因素之一。对电子产品进行热分析，可以获得一定工作状态下的电路板、元器件等设备的温度场分布等三维特征参数，可用于评估电子产品的寿命，并为产品的设计和改进提供指导和理论依据，同时又是一种科学、经济、便捷的设计方法。
电子产品中的传热方式主要包括传导、对流、辐射，其中，对流的传热方式决定了电子产品热分析属于流体传热数值仿真。鉴于电路板等电子产品模型的精细化和复杂性，以及对其热分析结果的精度有较高的要求，因此有必要对电路板产品四周和内部流体的流动特性进行计算分析。通过对电路板产品进行计算流体动力学(CFD)建模仿真，能够科学准确地对流体流动特性进行分析，进而获得较为准确的热分析结果。
CFD作为统领流体计算研究领域的核心，已经经历过了长时间的发展。伴随其发展涌现的大批商业软件和计算程序现已在涉及流体流动的领域发挥着巨大的作用。自1981年以来，出现了如Phoenics、CFX、Star-CD、Fluent等大量商业化CFD软件。对于各类流体的流动，它们都提供了大量的算法解决方案，并支持多种多样形式的网格。软件商业化确实提高了其功能的丰富性和操作的便捷性，但作为CFD数值仿真软件，其商业化也存在着一些不足：1)要使用该类商业化软件，则必须支付高额的费用并遵守软件使用许可协议；2)商业软件的源代码大多是封闭性的，用户无法查看软件的核心算法。当用户需要获得更高的数据精度或者需要自定义离散格式、求解器算法时，只能在软件提供的若干种内选择，无法完成拓展自定义功能和深度定制；3)鉴于商业软件的设计理念侧重操作的便捷性及界面的美观性，使得它们所适用的平台较少，而目前进行大规模并行计算时大多数使用的是更为安全、高效、稳定的Linux或者UNIX操作系统。因此商业软件在大规模的并行计算中难以保证计算效率。
OpenFOAM基于Linux运行的开源软件，其代码完全公开，且包含大量的可以自由组合的C++模块和湍流模型、SnappyHexMesh网格划分模块、有限体积法离散模块、误差控制与分析模块、计算控制模块等。基于这些模块，可以方便地编制出可以用于模拟电路板产品流体湍流、热传导、热辐射在内的复杂流体运动的求解器。
电路板产品传热数值仿真主要涉及到几何建模、网格划分、数学建模、数值求解和结果后处理五个部分。尽管OpenFOAM具有灵活、开放、免费等优点，但电路板产品几何建模、网格划分、数学建模需要花费大量的时间和人力资源，并且需要使用者具有较丰富的传热数值仿真经验，才能完成复杂的几何建模，密度、数量和质量较为合理的网格划分以及合适的离散方法、误差控制方法、求解器算法的选择等工作。另外，OpenFOAM在几何建模、结果后处理部分功能较弱，建模、前处理和后处理无法可视化，通常由第三方软件辅助完成几何建模和结果后处理，因此在多个软件之间需要程序人员交互完成大量的程序操作，也需要花费大量的时间和精力。
鉴于此，有必要给出基于OpenFOAM的用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述电路板产品传热数值仿真的现有技术存在的问题，提出一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法。该方法根据实际电路板产品，结合三维建模、可视化显示软件eyeshot和开源CFD软件OpenFOAM，实现OpenFOAM用于电路板产品热分析的建模、前处理和后处理的可视化，将实现计算机自动完成原来需要由程序人员人工完成的交互程序工作，形成面向电路板产品可靠性评估的热仿真分析方法。
本发明提供的一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，主要包含以下步骤：
步骤1：基于eyeshot三维几何建模；
步骤2：与OpenFOAM之间网格划分相关数据传递；
步骤3：驱动OpenFOAM进行网格划分；
步骤4：根据实际工程的情况，对电路板产品进行物理、数学建模和算法的深度定制，包括施加温度载荷、边界条件设置、功耗模式设置、湍流模型的选择、有限体积法离散方法的选择、误差控制与分析设置、求解器与计算控制设置等；
步骤5：与OpenFOAM之间热分析参数、算法等相关数据传递；
步骤6：驱动OpenFOAM进行数值仿真计算；
步骤7：根据设置的误差控制参数，自动监测OpenFOAM计算状态并进行反馈显示；
步骤8：计算完成，解析并读取OpenFOAM结果进行后处理操作。
所述步骤1基于eyeshot对电路板产品进行三维建模，包括设备、机箱、电路板、元器件、通孔、嵌入物等，完成建模后导出电路板产品.stl模型文件，用于OpenFOAM对eyeshot电路板产品模型的解析、网格划分和数值仿真。其中，电路板产品.stl模型文件中包括流体域，即流体流动的区域。
所述步骤2建立与OpenFOAM之间网格划分的数据传递接口，包括：电路板产品三维模型*.stl文件，储存网格划分参数和网格边界类型等相关数据的XML格式文件，以及将XML文件转换为OpenFOAM所识别的格式文件的接口程序。
所述步骤3驱动OpenFOAM进行网格划分包括：电路板产品模型文件、网格划分参数的输入与传递，驱动OpenFOAM中blockMesh程序自动生成简单六面体背景网格，驱动OpenFOAM中SnappyHexMesh程序根据电路板产品几何文件全自动切分六面体网格并生成复杂的多面体网格，并生成网格文件。
所述步骤5建立与OpenFOAM之间热分析参数、算法等相关数据传递接口，包括：用于存储步骤4中物理、数学建模所输入的热分析参数的XML文件以及将其转换为OpenFOAM所识别的格式文件的接口程序。
所述步骤6在网格划分完成的基础上，驱动OpenFOAM进行数值仿真计算包括：步骤4中设置的相关热分析参数数据的输入与传递；根据所使用计算机处理器的核数，驱动OpenFOAM进行相应核数的分核；根据步骤4中的定制设置，驱动OpenFOAM中相应的模块进行并行仿真计算。
所述步骤7中，通过设置误差控制参数，读取OpenFOAM的log文件，定时自动监测判断OpenFOAM计算状态。
所述步骤8中，通过建立eyeshot与OpenFOAM结果文件之间的接口程序，解析并读取结果文件，按照需求输出流场、温度场等计算结果及图形文件。
本发明通过以上步骤，给出了一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，同时开发了基于OpenFOAM的电路板产品热分析平台。
本发明的优异效果是：建立了eyeshot和OpenFOAM之间的接口，实现OpenFOAM用于电路板产品热分析的建模、前处理和后处理的可视化，实现了计算机自动完成原来需要由程序人员人工完成的大量交互程序工作，形成了一套科学、准确、高效、便捷的基于OpenFOAM的用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法。电子产品技术人员可以基于此方法进行传热数值模拟和相应的设计工作，能够极大地提高工作效率。
附图说明
图1一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法流程图
具体实施方式
为使本发明的特征及优点得到更清楚的了解，以下结合附图，作详细说明如下：图1描述了本发明的整体架构和流程图，其中实箭头方向表示该平台的运行流程，双向虚箭头表示平台和OpenFOAM求解器之间存在的监控和反馈作用，1号环形表示网格划分的数据传递接口，2号环形表示热分析参数、算法等相关数据传递接口，3号环形表示eyeshot与OpenFOAM结果文件之间的接口。
用户对电路板产品的工作状态进行热分析时，本发明一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法的具体实施步骤是：
步骤1：基于eyeshot三维几何建模
根据电路板产品的几何尺寸，基于eyeshot进行三维几何建模，包括设备、机箱、电路板、元器件、通孔、嵌入物、流体域等，完成建模后由eyeshot生成导出电路板产品.stl模型文件，用于OpenFOAM对eyeshot电路板产品模型的解析、网格划分和数值仿真。
步骤2：与OpenFOAM之间网格划分相关数据传递
输入网格划分参数，并以XML格式储存。利用网格划分的数据传递接口，将步骤1中生成的电路板产品三维模型*.stl文件和网格划分参数XML文件传递给OpenFOAM网格划分模块，并利用接口将XML文件转换为OpenFOAM所识别的格式文件。
步骤3：驱动OpenFOAM进行网格划分
待电路板产品模型stl文件、网格划分参数的输入与传递完成后，驱动OpenFOAM网格划分模块中的blockMesh程序自动生成简单六面体网格，即背景网格，然后驱动SnappyHexMesh程序根据几何文件全自动切分六面体网格并生成复杂的多面体网格，并生成网格文件。
步骤4：根据该电路板产品实际工作中的情况，对其进行物理、数学建模以及算法的深度定制，包括施加温度载荷、边界条件设置、功耗模式设置、湍流模型的选择、有限体积法离散方法的选择、误差控制与分析设置、求解器与计算控制设置等；
步骤5：与OpenFOAM之间热分析参数、算法等相关数据传递
输入热分析参数，并以XML格式储存。利用热分析参数、算法等相关数据传递接口，将步骤3中生成的网格文件和热分析参数XML文件传递给OpenFOAM求解器模块，并利用接口将XML文件转换为OpenFOAM所识别的格式文件。
步骤6：驱动OpenFOAM进行数值仿真计算
待电路板产品模型的热分析参数数据的输入与传递完成后，根据所使用计算机处理器的核数，驱动OpenFOAM求解器进行相应核数的分核；然后定制的算法，驱动OpenFOAM中相应的模块进行并行仿真计算。
步骤7：通过设置误差控制参数，读取OpenFOAM的log文件，定时自动监测判断OpenFOAM计算状态。
步骤8：计算完成后，由OpenFOAM输出结果文件，通过eyeshot与OpenFOAM结果文件之间的接口程序，解析并读取结果文件，按照需要输出流场、温度场等计算结果及图形文件。
本发明提供的方法实现了OpenFOAM用于电路板产品热分析的建模、前处理和后处理的可视化，大量的人工交互程序工作由计算机自动完成，大大地提高了技术人员的工作效率。
以上所述为本发明的优选方案，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，其特征在于：它包含以下步骤：
步骤1：基于eyeshot三维几何建模；
步骤2：与OpenFOAM之间网格划分相关数据传递；
步骤3：驱动OpenFOAM进行网格划分；
步骤4：根据实际工程的情况，对电路板产品进行物理、数学建模和算法的深度定制，包括施加温度载荷、边界条件设置、功耗模式设置、湍流模型的选择、有限体积法离散方法的选择、误差控制与分析设置、求解器与计算控制设置等；
步骤5：与OpenFOAM之间热分析参数、算法等相关数据传递；
步骤6：驱动OpenFOAM进行数值仿真计算；
步骤7：根据设置的误差控制参数，自动监测OpenFOAM计算状态并进行反馈显示；
步骤8：计算完成，解析并读取OpenFOAM结果进行后处理操作。
通过以上步骤，给出了一种基于OpenFOAM的用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法。
2.根据权利要求1所述的一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，其特征在于：
所述步骤1基于eyeshot对电路板产品进行三维建模，包括设备、机箱、电路板、元器件、通孔、嵌入物、流体域等，完成建模后导出电路板产品.stl模型文件，用于OpenFOAM对eyeshot电路板产品模型的解析、网格划分和数值仿真。
3.根据权利要求1所述的一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，其特征在于：
所述步骤2建立与OpenFOAM之间网格划分的数据传递接口，包括：电路板产品三维模型*.stl文件，网格划分参数XML格式文件以及将其转换为OpenFOAM所识别的格式文件的接口程序。
4.根据权利要求1所述的一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，其特征在于：
所述步骤3驱动OpenFOAM进行网格划分包括：电路板产品模型文件、网格划分参数的输入与传递，驱动OpenFOAM中blockMesh程序自动生成简单六面体背景网格，驱动OpenFOAM中SnappyHexMesh程序根据电路板产品几何文件全自动切分六面体网格并生成复杂的多面体网格，并生成网格文件。
5.根据权利要求1所述的一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，其特征在于：
所述步骤5建立与OpenFOAM之间热分析参数、算法等相关数据传递接口，包括：热分析参数XML文件以及将其转换为OpenFOAM所识别的格式文件的接口程序。
6.根据权利要求1所述的一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，其特征在于：
所述步骤6驱动OpenFOAM进行数值仿真计算包括：热分析参数的输入与传递；根据所使用计算机处理器的核数，驱动OpenFOAM进行相应核数的分核；根据步骤4中的定制算法，驱动OpenFOAM中相应的模块进行并行仿真计算。
7.根据权利要求1所述的一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，其特征在于：
所述步骤7中，通过设置误差控制参数，读取OpenFOAM的log文件，定时自动监测判断OpenFOAM计算状态。
8.根据权利要求1所述的一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法，其特征在于：
所述步骤8中，通过建立eyeshot与OpenFOAM结果文件之间的接口程序，解析并读取结果文件，按照用户要求输出流场、温度场等计算结果及图形文件。
CN201810558705.3A 2018-06-01 2018-06-01 一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法 Pending CN108763794A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810558705.3A CN108763794A (zh) 2018-06-01 2018-06-01 一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810558705.3A CN108763794A (zh) 2018-06-01 2018-06-01 一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108763794A true CN108763794A (zh) 2018-11-06

Family

ID=64002252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810558705.3A Pending CN108763794A (zh) 2018-06-01 2018-06-01 一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108763794A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109711027A (zh) * 2018-12-20 2019-05-03 北京比特大陆科技有限公司 电路板处理方法和装置
CN109783970A (zh) * 2019-01-29 2019-05-21 北京航空航天大学 面向电子产品可靠性仿真分析的高效简易热分析方法
CN110245375A (zh) * 2019-04-28 2019-09-17 珠海格力电器股份有限公司 电路板焊接的分析方法、装置和设备
CN112434361A (zh) * 2020-11-16 2021-03-02 东南大学 一种适用于办公建筑的智能化通风系统及数据处理方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120016639A1 (en) * 2009-03-20 2012-01-19 Xidian University Optimization design method for the chassis structure of an electronic device based on mechanical, electrical and thermal three-field coupling
CN103150460A (zh) * 2013-04-03 2013-06-12 大唐(北京)能源管理有限公司 一种间接空冷塔的结构分析系统及方法
CN104252559A (zh) * 2014-08-29 2014-12-31 浙江中科电声研发中心 一种扬声器多场耦合的数值仿真分析方法
CN105760624A (zh) * 2016-03-16 2016-07-13 北京大学 一种支持大规模三维集成电路的热仿真和热设计方法
CN106650086A (zh) * 2016-12-20 2017-05-10 河南省电力勘测设计院 基于fluent软件的间接空冷系统数值模拟平台
WO2017084105A1 (zh) * 2015-11-20 2017-05-26 田川 一种数值模拟等离子体放电的系统及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120016639A1 (en) * 2009-03-20 2012-01-19 Xidian University Optimization design method for the chassis structure of an electronic device based on mechanical, electrical and thermal three-field coupling
CN103150460A (zh) * 2013-04-03 2013-06-12 大唐(北京)能源管理有限公司 一种间接空冷塔的结构分析系统及方法
CN104252559A (zh) * 2014-08-29 2014-12-31 浙江中科电声研发中心 一种扬声器多场耦合的数值仿真分析方法
WO2017084105A1 (zh) * 2015-11-20 2017-05-26 田川 一种数值模拟等离子体放电的系统及方法
CN105760624A (zh) * 2016-03-16 2016-07-13 北京大学 一种支持大规模三维集成电路的热仿真和热设计方法
CN106650086A (zh) * 2016-12-20 2017-05-10 河南省电力勘测设计院 基于fluent软件的间接空冷系统数值模拟平台

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109711027A (zh) * 2018-12-20 2019-05-03 北京比特大陆科技有限公司 电路板处理方法和装置
CN109711027B (zh) * 2018-12-20 2023-07-25 北京比特大陆科技有限公司 电路板处理方法和装置
CN109783970A (zh) * 2019-01-29 2019-05-21 北京航空航天大学 面向电子产品可靠性仿真分析的高效简易热分析方法
CN109783970B (zh) * 2019-01-29 2021-01-15 北京航空航天大学 一种面向电子产品可靠性仿真分析的热分析方法
CN110245375A (zh) * 2019-04-28 2019-09-17 珠海格力电器股份有限公司 电路板焊接的分析方法、装置和设备
CN112434361A (zh) * 2020-11-16 2021-03-02 东南大学 一种适用于办公建筑的智能化通风系统及数据处理方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108763794A (zh) 一种用于电路板产品热致失效及可靠性评估的热分析方法
Saldivar et al. Industry 4.0 with cyber-physical integration: A design and manufacture perspective
US9542509B2 (en) Context-based synthesis of simulation models from functional models of cyber-physical systems
Kurtoglu et al. A component taxonomy as a framework for computational design synthesis
Angeli et al. Overview of the TrioCFD code: Main features, VetV procedures and typical applications to nuclear engineering
WO2007095574A1 (en) Solver for simulating a system in real time on a programmable hardware element
CN108595752A (zh) 一种面向核动力装置仿真应用的单相水流体网络仿真方法
CN109064559A (zh) 基于力学方程的血管血流模拟方法及相关装置
Arbona et al. Simflowny: A general-purpose platform for the management of physical models and simulation problems
CN108509726A (zh) 基于热流固耦合仿真的电主轴生热/散热优化分析方法
CN107134010A (zh) 一种基于有限元的弹性软组织的形貌效果预测方法
Poresky et al. Advanced reactor control and operations (ARCO): a university research facility for developing optimized digital control rooms
Leaning et al. A system for compartmental modelling and simulation
CN107729349A (zh) 一种基于元数据的特征数据集自动生成方法及装置
Diercksen et al. Intelligent software: the OpenMol program
EP3647972A1 (en) A method of training a convolutional neural network to carry out simulation of a physcial product, a corresponding method of carrying out simulation of a physical product and a convolutional neural network
Lehmann Research use of the AIDA www. 2aida. org diabetes software simulation program: a review—Part 1. Decision support testing and neural network training
Monte OpenCMP: An open-source computational multiphysics package
Gayer et al. CFD modelling as an integrated part of multi-level simulation of process plants: semantic modelling approach
Kofránek et al. Modelica language–a promising tool for publishing and sharing biomedical models
Martell et al. Mechatronic design Methodology for Fast-Prototyping of a pressure controlled mechanical ventilator
van der VEGTE Testing Vitual Use with Scenarios
Zhao et al. Towards computer-aided multiscale modelling: A generic supporting environment for model realization and execution
Brück SSP in a Modelica Environment
Yu et al. JUSMAR-MANS: a platform software for compressible multimedium flow large-scale numerical simulation on JASMIN framework

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181106