CN117787017A - 车用功率模块随机振动分析方法、装置和计算机设备 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种车用功率模块随机振动分析方法、装置和计算机设备。所述方法包括:构建车用功率模块的初始模型,对所述初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型;对所述中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型;对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数;利用所述目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对所述车用功率模块进行随机振动分析。采用本方法能够提高随机振动分析准确性。
Description
技术领域
本申请涉及随机振动分析技术领域,特别是涉及一种车用功率模块随机振动分析方法、装置和计算机设备。
背景技术
随着汽车领域的快速发展,车用功率模块也得到了广泛关注。而针对车用功率模块,由于封装结构与工作电压平台的不同,车用功率模块在工作运行时会产生不同频率的固有振动特性。当车用功率模块有外力激励时,会在一定固有频率下发生共振,导致不同情况的车用功率模块振动失效,影响可靠性。
传统技术中通过构建车用功率模块的模型直接进行随机振动仿真,容易导致仿真结果不准确,因而基于不准确的仿真结果进行车用功率模块随机振动分析,分析结果也会不准确。
因此,传统技术中存在车用功率模块随机振动分析不准确的问题。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够提高随机振动分析准确性的车用功率模块随机振动分析方法、装置和计算机设备。
第一方面,本申请提供了一种车用功率模块随机振动分析方法,包括:
构建车用功率模块的初始模型,对所述初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型;
对所述中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型;
对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数;
利用所述目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对所述车用功率模块进行随机振动分析。
在其中一个实施例中,所述构建车用功率模块的初始模型,包括:
确定车用功率模块的设计需求参数,所述设计需求参数包括额定电压、额定电流、封装类型、端子连接方式、源漏极峰值电压、栅源极峰值电压、峰值电流能力或者持续电流能力中的至少一项;
确定所述车用功率模块的衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息;
基于所述设计需求参数、所述衬板优化信息、所述端子优化信息、所述芯片布局优化信息和所述冷却水道设计信息,对所述车用功率模块的三维数字模型进行优化,得到所述车用功率模块的初始模型。
在其中一个实施例中,所述对所述初始模型进行结构简化和干涉检查,包括:
对所述初始模型中的圆角、冲孔和筋进行简化处理,并检查所述初始模型中是否存在重复边、重复线、额外曲线以及所述初始模型的模型装配是否过约束。
在其中一个实施例中,所述对所述中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型,包括:
获取所述中间模型的材料设定信息以及材料特性参数,对所述材料特性参数进行工程特性数据校核,基于所述材料设定信息和校核后的材料特性参数进行材料选型;其中,所述材料设定信息包括冷却水道采用纯铝、铜排采用纯铜、焊层采用锡锑合金、芯片采用银、陶瓷层采用氮化硅和塑封壳体采用聚苯硫醚;所述材料特性参数包括导热系数、材料电阻率、比热容、密度、杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、屈服强度和应力寿命曲线;
按照预设第三等级对材料选型后的模型中的冷却水道、铜排和焊层进行电气简化,按照预设第一等级对所述材料选型后的模型中的铜排和芯片进行电气简化;
对电气简化后的模型进行布尔运算。
在其中一个实施例中,所述对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数,包括:
对处理完成的模型进行网格划分,得到网格划分后的模型;
对网格划分后的模型进行边界条件设置和初始模态阶数设置,对设置后的模型进行仿真,确定初始模态阶数对应的功率范围;
获取所述车用功率模块的随机振动功率谱密度,基于所述随机振动功率谱密度确定预设功率范围,若所述初始模态阶数对应的功率范围不在所述预设功率范围内,则对所述初始模态阶数进行调整,得到调整后的模态阶数,重新进行仿真,直至调整后的模态阶数对应的功率范围在所述预设功率范围内,将最终调整后的模态阶数作为目标模态阶数。
在其中一个实施例中,所述利用所述目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,包括:
对处理完成的模型进行边界条件设置、目标模态阶数设置以及随机振动功率谱密度设置,对设置后的模型进行随机振动仿真。
在其中一个实施例中,所述仿真结果包括应力值;所述基于仿真结果对所述车用功率模块进行随机振动分析,包括:
确定所述车用功率模块中每种材料对应的应力最大值,在所述应力最大值不小于所述材料的屈服强度的情况下,对材料类型或者所述车用功率模块的结构进行调整。
第二方面,本申请还提供了一种车用功率模块随机振动分析装置,包括:
中间模型获取模块,用于构建车用功率模块的初始模型,对所述初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型;
中间模型处理模块,用于对所述中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型;
模态分析模块,用于对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数;
仿真模块,用于利用所述目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对所述车用功率模块进行随机振动分析。
第三方面,本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一方法的步骤。
第四方面,本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法的步骤。
第五方面,本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法的步骤。
上述车用功率模块随机振动分析方法、装置和计算机设备,通过构建车用功率模块的初始模型,对初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型,对中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型,对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数,利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析。相比于传统技术中存在车用功率模块随机振动分析不准确的问题而言,本申请对车用功率模型的初始模型进行结构简化、干涉检查、材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型,处理完成的模型贴近真实车用功率模型,并对处理完成的模型进行模态分析得到目标模态阶数,利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,保证随机振动仿真的真实性和准确性,基于仿真结果进行随机振动分析,较好地提高了随机振动分析的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案,下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中提供的车用功率模块的结构示意图;
图2为本申请实施例中提供的车用功率模块随机振动分析方法的流程示意图;
图3为一个实施例中构建车用功率模块的初始模型的流程示意图;
图4为一个实施例中得到目标模态阶数的流程示意图;
图5为本申请实施例中提供的一种车用功率模块随机振动分析装置的结构框图;
图6为本申请实施例中提供的一种计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
本申请实施例提供的车用功率模块随机振动分析方法,用于对车用功率模块进行随机振动分析。基于此,提供车用功率模块的结构示意图,如图1所示。图1中车用功率模块包括塑封壳体、铜排、端子、芯片、焊层、铜、陶瓷层、散热基板和冷却水道。
应当理解的是,图1中示出的是车用功率模块所包含的部件展开图,图1中示出的部件不构成对车用功率模块包含部件的限定。
在本实施例中,提供的一种车用功率模块随机振动分析方法,本实施例以该方法应用于计算机设备进行举例说明,可以理解的是,该方法也可以应用于服务器,还可以应用于包括计算机设备和服务器的系统,并通过计算机设备和服务器的交互实现。
图2为本申请实施例中提供的车用功率模块随机振动分析方法的流程示意图,该方法应用于计算机设备中,在一个实施例中,如图2所示,包括以下步骤:
S201,构建车用功率模块的初始模型,对初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型。
在一些实施例中,通过三维设计软件构建车用功率模块的初始模型。三维设计软件例如CAD设计软件包(CREO)或者基于Windows开发的三维CAD系统(Solidworks),具体不作限定。
S202,对中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型。
S203,对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数。
S204,利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析。
本实施例提供的车用功率模块随机振动分析方法,通过构建车用功率模块的初始模型,对初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型,对中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型,对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数,利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析。相比于传统技术中存在车用功率模块随机振动分析不准确的问题而言,本实施例对车用功率模型的初始模型进行结构简化、干涉检查、材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型,处理完成的模型贴近真实车用功率模型,并对处理完成的模型进行模态分析得到目标模态阶数,利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,保证随机振动仿真的真实性和准确性,基于仿真结果进行随机振动分析,较好地提高了随机振动分析的准确性。
在一个实施例中,构建车用功率模块的初始模型的流程示意图,如图3所示,包括以下内容:
S301,确定车用功率模块的设计需求参数,设计需求参数包括额定电压、额定电流、封装类型、端子连接方式、源漏极峰值电压、栅源极峰值电压、峰值电流能力或者持续电流能力中的至少一项。
其中,设计需求参数的具体取值依据车用功率模块进行确定。
S302,确定车用功率模块的衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息。
其中,衬板优化信息包括优化衬板的圆角。端子优化信息包括检查端子与衬板连接处是否处于接触无干涉、以及在端子的底端折弯处以直代曲优化曲线。芯片布局优化信息包括在不改变原设计布局的情况下检查与焊层与铜排接触是否存在干涉、以及芯片厚度是否满足网格划分最小尺寸。
值得注意的是,车用功率模块的三维数字模型通常没有冷却水道结构,需要根据三维数字模型的尺寸增加冷却水道结构。冷却水道设计信息包括设置冷却水道的尺寸大于散热基板、设置冷却水道流入口与流出口、以及在冷却水道中间设置凹槽以满足散热基板能够在凹槽中紧密贴合。
S303,基于设计需求参数、衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息,对车用功率模块的三维数字模型进行优化,得到车用功率模块的初始模型。
在一些实施例中,可将车用功率模块的初始模型导入部件库中,在需要的时候直接从部件库调取即可。
在本实施例中,基于设计需求参数、衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息,对车用功率模块的三维数字模型进行优化,提高初始模型的准确性。
在一个实施例中,对初始模型进行结构简化和干涉检查,包括:
对初始模型中的圆角、冲孔和筋进行简化处理,并检查初始模型中是否存在重复边、重复线、额外曲线以及初始模型的模型装配是否过约束。
对初始模型进行干涉检查还可检查散热基板与冷却水道的贴合情况。
在一些实施例中,在三维实体直接建模软件(例如Spaceclaim)中对初始模型进行结构简化和干涉检查。
在本实施例中,对初始模型进行结构简化和干涉检查,能够增强中间模型的稳定性。
在一个实施例中,对中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型,包括:
获取中间模型的材料设定信息以及材料特性参数,对材料特性参数进行工程特性数据校核,基于材料设定信息和校核后的材料特性参数进行材料选型;其中,材料设定信息包括冷却水道采用纯铝、铜排采用纯铜、焊层采用锡锑合金、芯片采用银、陶瓷层采用氮化硅和塑封壳体采用聚苯硫醚;材料特性参数包括导热系数、材料电阻率、比热容、密度、杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、屈服强度和应力寿命曲线;
按照预设第三等级对材料选型后的模型中的冷却水道、铜排和焊层进行电气简化,按照预设第一等级对材料选型后的模型中的铜排和芯片进行电气简化;
对电气简化后的模型进行布尔运算。
其中,材料设定信息为中间模型中各部件的相关材料选型的信息。材料特性参数为中间模型中各部件选取的材料的相关参数。
电气简化等级包括预设第零等级、预设第一等级、预设第二等级和预设第三等级,其中,预设第零等级为针对边界框的电气简化等级,预设第一等级为针对棱柱、圆柱拟合的电气简化等级,预设第二等级为针对多边形拟合的电气简化等级,预设第三等级为针对CAD对象的电气简化等级。
在一些实施例中,在三维实体直接建模软件(例如Designmodeler)中对中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算。
在本实施例中,对材料特性参数进行工程特性数据校核,能够避免材料特性参数出错,影响后续仿真结果,且对电气简化后的模型进行布尔运算,能够将各部件规定为一个整体,提高后续仿真准确性。
在一个实施例中,对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数的流程示意图,如图4所示,包括以下内容:
S401,对处理完成的模型进行网格划分,得到网格划分后的模型。
在一些实施例中,按照特定网格参数和设定划分区域对处理完成的模型进行网格划分,其中,设定划分区域可人为设定。
特定网格参数如下表1所示,表1:
S402,对网格划分后的模型进行边界条件设置和初始模态阶数设置,对设置后的模型进行仿真,确定初始模态阶数对应的功率范围。
在一些实施例中,对网格划分后的模型进行边界条件设置,包括:
在DC/AC端子螺栓孔内表面或者模块侧边压接面设置约束位置;设置最大共振频率为最大输入频率的1.5-2倍。
在另一些实施例中,对网格划分后的模型进行初始模态阶数设置,包括:
将初始模态阶数设置为4阶。
S403,获取车用功率模块的随机振动功率谱密度,基于随机振动功率谱密度确定预设功率范围,若初始模态阶数对应的功率范围不在预设功率范围内,则对初始模态阶数进行调整,得到调整后的模态阶数,重新进行仿真,直至调整后的模态阶数对应的功率范围在预设功率范围内,将最终调整后的模态阶数作为目标模态阶数。
其中,随机振动功率谱密度(PSD,power spectral density)的横轴为频率,纵轴为功率谱密度,且车用功率模块的随机振动功率谱密度是基于车用功率模块进行随机振动分析提前给定的。
在本实施例中,确定目标模态阶数是为了使得后续处理完成的模型进行随机振动仿真时,能够将车用功率模块的工作功率包含在内,提高仿真结果准确性。
在一个实施例中,利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,包括:
对处理完成的模型进行边界条件设置、目标模态阶数设置以及随机振动功率谱密度设置,对设置后的模型进行随机振动仿真。
其中,对处理完成的模型进行边界条件设置与对网格划分后的模型进行边界条件设置保持一致。
在一些实施例中,对处理完成的模型进行目标模态阶数设置,包括:
将模态阶数设置为目标模态阶数。
在另一些实施例中,对处理完成的模型进行随机振动功率谱密度设置,包括:
将随机振动功率谱密度导入处理完成的模型中。
在本实施例中,设置相同的边界条件以及导入随机振动功率谱密度,能够提高设置后的模型的准确性。
在一个实施例中,仿真结果包括应力值;基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析,包括:
确定车用功率模块中每种材料对应的应力最大值,在应力最大值不小于材料的屈服强度的情况下,对材料类型或者车用功率模块的结构进行调整。
仿真结果包括应力值,还可以确定车用功率模块的应力集中位置,对应力集中位置进行材料和结构的优化。
在一些实施例中,仿真结果还包括变形情况,通过变形情况可以确定车用功率模块的具体变形位置以及变形姿态。
在本实施例中,基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析,能够帮助提高车用功率模块的稳定性。
在这里,以一具体实施例的方式对本申请提供的车用功率模块随机振动分析方法进行详细说明。该车用功率模块随机振动分析方法的实施流程,包括:
获取车用功率模块的三维数字模型,基于设计需求参数、衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息,对车用功率模块的三维数字模型进行优化,得到车用功率模块的初始模型;
对初始模型中的圆角、冲孔和筋进行简化处理,检查初始模型中是否存在重复边、重复线、额外曲线,检查初始模型的模型装配是否过约束,并检查散热基板与冷却水道的贴合情况,得到中间模型;
获取中间模型的材料设定信息以及材料特性参数,对材料特性参数进行工程特性数据校核,基于材料设定信息和校核后的材料特性参数进行材料选型,按照预设第三等级对材料选型后的模型中的冷却水道、铜排和焊层进行电气简化,按照预设第一等级对材料选型后的模型中的铜排和芯片进行电气简化,对电气简化后的模型进行布尔运算,得到处理完成的模型;
对处理完成的模型进行网格划分,得到网格划分后的模型,对网格划分后的模型进行边界条件设置和初始模态阶数设置,对设置后的模型进行仿真,确定初始模态阶数对应的功率范围,获取车用功率模块的随机振动功率谱密度,基于随机振动功率谱密度确定预设功率范围,若初始模态阶数对应的功率范围不在预设功率范围内,则对初始模态阶数进行调整,得到调整后的模态阶数,重新进行仿真,直至调整后的模态阶数对应的功率范围在预设功率范围内,将最终调整后的模态阶数作为目标模态阶数;
对处理完成的模型进行边界条件设置、目标模态阶数设置以及随机振动功率谱密度设置,对设置后的模型进行随机振动仿真;
在基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析之前,确定仿真结果和实测结果的差异是否在预设差异值内,例如预设差异值为20%,在处于预设差异值内的情况下,基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析。
本实施例提供的车用功率模块随机振动分析方法,对车用功率模型的初始模型进行结构简化、干涉检查、材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型,处理完成的模型贴近真实车用功率模型,并对处理完成的模型进行模态分析得到目标模态阶数,利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,且仿真结果和实测结果的差异在预设差异值内,保证随机振动仿真的真实性和准确性,基于仿真结果进行随机振动分析,提高了随机振动分析的准确性。
应该理解的是,虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的车用功率模块随机振动分析方法的车用功率模块随机振动分析装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的一个或多个车用功率模块随机振动分析装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于车用功率模块随机振动分析方法的限定,在此不再赘述。
参见图5,图5为本申请实施例中提供的一种车用功率模块随机振动分析装置的结构框图,该装置500包括:中间模型获取模块501、中间模型处理模块502、模态分析模块503和仿真模块504,其中:
中间模型获取模块501,用于构建车用功率模块的初始模型,对初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型;
中间模型处理模块502,用于对中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型;
模态分析模块503,用于对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数;
仿真模块504,用于利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析。
本实施例提供的车用功率模块随机振动分析装置,通过中间模型获取模块构建车用功率模块的初始模型,对初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型,通过中间模型处理模块对中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型,通过模态分析模块对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数,通过仿真模块利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析。相比于传统技术中存在车用功率模块随机振动分析不准确的问题而言,本实施例对车用功率模型的初始模型进行结构简化、干涉检查、材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型,处理完成的模型贴近真实车用功率模型,并对处理完成的模型进行模态分析得到目标模态阶数,利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,保证随机振动仿真的真实性和准确性,基于仿真结果进行随机振动分析,较好地提高了随机振动分析的准确性。
可选的,中间模型获取模块501包括:
参数确定单元,用于确定车用功率模块的设计需求参数,设计需求参数包括额定电压、额定电流、封装类型、端子连接方式、源漏极峰值电压、栅源极峰值电压、峰值电流能力或者持续电流能力中的至少一项;
信息确定单元,用于确定车用功率模块的衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息;
初始模型获取单元,用于基于设计需求参数、衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息,对车用功率模块的三维数字模型进行优化,得到车用功率模块的初始模型。
可选的,中间模型获取模块501还包括:
初始模型处理单元,用于对初始模型中的圆角、冲孔和筋进行简化处理,并检查初始模型中是否存在重复边、重复线、额外曲线以及初始模型的模型装配是否过约束。
可选的,中间模型处理模块502包括:
材料选型单元,用于获取中间模型的材料设定信息以及材料特性参数,对材料特性参数进行工程特性数据校核,基于材料设定信息和校核后的材料特性参数进行材料选型;其中,材料设定信息包括冷却水道采用纯铝、铜排采用纯铜、焊层采用锡锑合金、芯片采用银、陶瓷层采用氮化硅和塑封壳体采用聚苯硫醚;材料特性参数包括导热系数、材料电阻率、比热容、密度、杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、屈服强度和应力寿命曲线;
电气简化单元,用于按照预设第三等级对材料选型后的模型中的冷却水道、铜排和焊层进行电气简化,按照预设第一等级对材料选型后的模型中的铜排和芯片进行电气简化;
布尔运算单元,用于对电气简化后的模型进行布尔运算。
可选的,模态分析模块503包括:
网格划分单元,用于对处理完成的模型进行网格划分,得到网格划分后的模型;
设置单元,用于对网格划分后的模型进行边界条件设置和初始模态阶数设置,对设置后的模型进行仿真,确定初始模态阶数对应的功率范围;
目标模态阶数获取单元,用于获取车用功率模块的随机振动功率谱密度,基于随机振动功率谱密度确定预设功率范围,若初始模态阶数对应的功率范围不在预设功率范围内,则对初始模态阶数进行调整,得到调整后的模态阶数,重新进行仿真,直至调整后的模态阶数对应的功率范围在预设功率范围内,将最终调整后的模态阶数作为目标模态阶数。
可选的,仿真模块504包括:
随机振动仿真单元,用于对处理完成的模型进行边界条件设置、目标模态阶数设置以及随机振动功率谱密度设置,对设置后的模型进行随机振动仿真。
可选的,仿真结果包括应力值;仿真模块504还包括:
调整单元,用于确定车用功率模块中每种材料对应的应力最大值,在应力最大值不小于材料的屈服强度的情况下,对材料类型或者车用功率模块的结构进行调整。
上述车用功率模块随机振动分析装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,该计算机设备可以是终端,其内部结构图可以如图6所示。该计算机设备包括处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中,处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接,通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中,该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种车用功率模块随机振动分析方法。该计算机设备的显示单元用于形成视觉可见的画面,可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解,图6中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定,具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中,提供了一种计算机设备,包括存储器和处理器,存储器中存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的车用功率模块随机振动分析方法的步骤:
构建车用功率模块的初始模型,对初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型;
对中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型;
对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数;
利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:
确定车用功率模块的设计需求参数,设计需求参数包括额定电压、额定电流、封装类型、端子连接方式、源漏极峰值电压、栅源极峰值电压、峰值电流能力或者持续电流能力中的至少一项;
确定车用功率模块的衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息;
基于设计需求参数、衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息,对车用功率模块的三维数字模型进行优化,得到车用功率模块的初始模型。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:
对初始模型中的圆角、冲孔和筋进行简化处理,并检查初始模型中是否存在重复边、重复线、额外曲线以及初始模型的模型装配是否过约束。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:
获取中间模型的材料设定信息以及材料特性参数,对材料特性参数进行工程特性数据校核,基于材料设定信息和校核后的材料特性参数进行材料选型;其中,材料设定信息包括冷却水道采用纯铝、铜排采用纯铜、焊层采用锡锑合金、芯片采用银、陶瓷层采用氮化硅和塑封壳体采用聚苯硫醚;材料特性参数包括导热系数、材料电阻率、比热容、密度、杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、屈服强度和应力寿命曲线;
按照预设第三等级对材料选型后的模型中的冷却水道、铜排和焊层进行电气简化,按照预设第一等级对材料选型后的模型中的铜排和芯片进行电气简化;
对电气简化后的模型进行布尔运算。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:
对处理完成的模型进行网格划分,得到网格划分后的模型;
对网格划分后的模型进行边界条件设置和初始模态阶数设置,对设置后的模型进行仿真,确定初始模态阶数对应的功率范围;
获取车用功率模块的随机振动功率谱密度,基于随机振动功率谱密度确定预设功率范围,若初始模态阶数对应的功率范围不在预设功率范围内,则对初始模态阶数进行调整,得到调整后的模态阶数,重新进行仿真,直至调整后的模态阶数对应的功率范围在预设功率范围内,将最终调整后的模态阶数作为目标模态阶数。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:
对处理完成的模型进行边界条件设置、目标模态阶数设置以及随机振动功率谱密度设置,对设置后的模型进行随机振动仿真。
在一个实施例中,处理器执行计算机程序时还实现以下步骤:
仿真结果包括应力值;确定车用功率模块中每种材料对应的应力最大值,在应力最大值不小于材料的屈服强度的情况下,对材料类型或者车用功率模块的结构进行调整。
上述实施例的实现原理和技术效果与上述方法实施例类似,在此不再赘述。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述实施例提供的车用功率模块随机振动分析方法的步骤:
构建车用功率模块的初始模型,对初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型;
对中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型;
对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数;
利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
确定车用功率模块的设计需求参数,设计需求参数包括额定电压、额定电流、封装类型、端子连接方式、源漏极峰值电压、栅源极峰值电压、峰值电流能力或者持续电流能力中的至少一项;
确定车用功率模块的衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息;
基于设计需求参数、衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息,对车用功率模块的三维数字模型进行优化,得到车用功率模块的初始模型。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
对初始模型中的圆角、冲孔和筋进行简化处理,并检查初始模型中是否存在重复边、重复线、额外曲线以及初始模型的模型装配是否过约束。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
获取中间模型的材料设定信息以及材料特性参数,对材料特性参数进行工程特性数据校核,基于材料设定信息和校核后的材料特性参数进行材料选型;其中,材料设定信息包括冷却水道采用纯铝、铜排采用纯铜、焊层采用锡锑合金、芯片采用银、陶瓷层采用氮化硅和塑封壳体采用聚苯硫醚;材料特性参数包括导热系数、材料电阻率、比热容、密度、杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、屈服强度和应力寿命曲线;
按照预设第三等级对材料选型后的模型中的冷却水道、铜排和焊层进行电气简化,按照预设第一等级对材料选型后的模型中的铜排和芯片进行电气简化;
对电气简化后的模型进行布尔运算。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
对处理完成的模型进行网格划分,得到网格划分后的模型;
对网格划分后的模型进行边界条件设置和初始模态阶数设置,对设置后的模型进行仿真,确定初始模态阶数对应的功率范围;
获取车用功率模块的随机振动功率谱密度,基于随机振动功率谱密度确定预设功率范围,若初始模态阶数对应的功率范围不在预设功率范围内,则对初始模态阶数进行调整,得到调整后的模态阶数,重新进行仿真,直至调整后的模态阶数对应的功率范围在预设功率范围内,将最终调整后的模态阶数作为目标模态阶数。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
对处理完成的模型进行边界条件设置、目标模态阶数设置以及随机振动功率谱密度设置,对设置后的模型进行随机振动仿真。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
仿真结果包括应力值;确定车用功率模块中每种材料对应的应力最大值,在应力最大值不小于材料的屈服强度的情况下,对材料类型或者车用功率模块的结构进行调整。
上述实施例的实现原理和技术效果与上述方法实施例类似,在此不再赘述。
在一个实施例中,提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例提供的车用功率模块随机振动分析方法的步骤:
构建车用功率模块的初始模型,对初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型;
对中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型;
对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数;
利用目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对车用功率模块进行随机振动分析。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
确定车用功率模块的设计需求参数,设计需求参数包括额定电压、额定电流、封装类型、端子连接方式、源漏极峰值电压、栅源极峰值电压、峰值电流能力或者持续电流能力中的至少一项;
确定车用功率模块的衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息;
基于设计需求参数、衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息,对车用功率模块的三维数字模型进行优化,得到车用功率模块的初始模型。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
对初始模型中的圆角、冲孔和筋进行简化处理,并检查初始模型中是否存在重复边、重复线、额外曲线以及初始模型的模型装配是否过约束。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
获取中间模型的材料设定信息以及材料特性参数,对材料特性参数进行工程特性数据校核,基于材料设定信息和校核后的材料特性参数进行材料选型;其中,材料设定信息包括冷却水道采用纯铝、铜排采用纯铜、焊层采用锡锑合金、芯片采用银、陶瓷层采用氮化硅和塑封壳体采用聚苯硫醚;材料特性参数包括导热系数、材料电阻率、比热容、密度、杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、屈服强度和应力寿命曲线;
按照预设第三等级对材料选型后的模型中的冷却水道、铜排和焊层进行电气简化,按照预设第一等级对材料选型后的模型中的铜排和芯片进行电气简化;
对电气简化后的模型进行布尔运算。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
对处理完成的模型进行网格划分,得到网格划分后的模型;
对网格划分后的模型进行边界条件设置和初始模态阶数设置,对设置后的模型进行仿真,确定初始模态阶数对应的功率范围;
获取车用功率模块的随机振动功率谱密度,基于随机振动功率谱密度确定预设功率范围,若初始模态阶数对应的功率范围不在预设功率范围内,则对初始模态阶数进行调整,得到调整后的模态阶数,重新进行仿真,直至调整后的模态阶数对应的功率范围在预设功率范围内,将最终调整后的模态阶数作为目标模态阶数。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
对处理完成的模型进行边界条件设置、目标模态阶数设置以及随机振动功率谱密度设置,对设置后的模型进行随机振动仿真。
在一个实施例中,计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤:
仿真结果包括应力值;确定车用功率模块中每种材料对应的应力最大值,在应力最大值不小于材料的屈服强度的情况下,对材料类型或者车用功率模块的结构进行调整。
上述实施例的实现原理和技术效果与上述方法实施例类似,在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种车用功率模块随机振动分析方法,其特征在于,所述方法包括:
构建车用功率模块的初始模型,对所述初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型;
对所述中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型;
对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数;
利用所述目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对所述车用功率模块进行随机振动分析。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述构建车用功率模块的初始模型,包括:
确定车用功率模块的设计需求参数,所述设计需求参数包括额定电压、额定电流、封装类型、端子连接方式、源漏极峰值电压、栅源极峰值电压、峰值电流能力或者持续电流能力中的至少一项;
确定所述车用功率模块的衬板优化信息、端子优化信息、芯片布局优化信息和冷却水道设计信息;
基于所述设计需求参数、所述衬板优化信息、所述端子优化信息、所述芯片布局优化信息和所述冷却水道设计信息,对所述车用功率模块的三维数字模型进行优化,得到所述车用功率模块的初始模型。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对所述初始模型进行结构简化和干涉检查,包括:
对所述初始模型中的圆角、冲孔和筋进行简化处理,并检查所述初始模型中是否存在重复边、重复线、额外曲线以及所述初始模型的模型装配是否过约束。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对所述中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型,包括:
获取所述中间模型的材料设定信息以及材料特性参数,对所述材料特性参数进行工程特性数据校核,基于所述材料设定信息和校核后的材料特性参数进行材料选型;其中,所述材料设定信息包括冷却水道采用纯铝、铜排采用纯铜、焊层采用锡锑合金、芯片采用银、陶瓷层采用氮化硅和塑封壳体采用聚苯硫醚;所述材料特性参数包括导热系数、材料电阻率、比热容、密度、杨氏模量、泊松比、热膨胀系数、屈服强度和应力寿命曲线;
按照预设第三等级对材料选型后的模型中的冷却水道、铜排和焊层进行电气简化,按照预设第一等级对所述材料选型后的模型中的铜排和芯片进行电气简化;
对电气简化后的模型进行布尔运算。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数,包括:
对处理完成的模型进行网格划分,得到网格划分后的模型;
对网格划分后的模型进行边界条件设置和初始模态阶数设置,对设置后的模型进行仿真,确定初始模态阶数对应的功率范围;
获取所述车用功率模块的随机振动功率谱密度,基于所述随机振动功率谱密度确定预设功率范围,若所述初始模态阶数对应的功率范围不在所述预设功率范围内,则对所述初始模态阶数进行调整,得到调整后的模态阶数,重新进行仿真,直至调整后的模态阶数对应的功率范围在所述预设功率范围内,将最终调整后的模态阶数作为目标模态阶数。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述利用所述目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,包括:
对处理完成的模型进行边界条件设置、目标模态阶数设置以及随机振动功率谱密度设置,对设置后的模型进行随机振动仿真。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述仿真结果包括应力值;所述基于仿真结果对所述车用功率模块进行随机振动分析,包括:
确定所述车用功率模块中每种材料对应的应力最大值,在所述应力最大值不小于所述材料的屈服强度的情况下,对材料类型或者所述车用功率模块的结构进行调整。
8.一种车用功率模块随机振动分析装置,其特征在于,所述装置包括:
中间模型获取模块,用于构建车用功率模块的初始模型,对所述初始模型进行结构简化和干涉检查,得到中间模型;
中间模型处理模块,用于对所述中间模型进行材料选型、工程特性数据校核、电气简化和布尔运算,得到处理完成的模型;
模态分析模块,用于对处理完成的模型进行模态分析,得到目标模态阶数;
仿真模块,用于利用所述目标模态阶数对处理完成的模型进行随机振动仿真,基于仿真结果对所述车用功率模块进行随机振动分析。
9.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
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Publication number | Publication date |
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CN117787017B (zh) | 2024-06-25 |
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