JP2008217269A - Analysis method, analysis apparatus and analysis program - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an analysis method, analysis apparatus and analysis program which can perform thermal analysis in consideration of an error by element division even when an unknown quantity is included. <P>SOLUTION: An element dividing part 14 of an orthogonal lattice design method creates an approximate model by dividing an analysis object input into a finite number of elements based on an orthogonal grid method. A computing and setting part 15 of a corrected heat transfer coefficient sets a heat transfer coefficient on a surface of the approximation model. When the approximation model or initial temperature or thermal source condition of its circumference is set by an analysis condition input part 13, a temperature change calculation part 16 of an analysis area computes the temperature change of the approximation model when a predetermined time has passed based on the approximation model, the heat transfer coefficient, the initial temperature and the thermal source conditions. The computing and setting part 15 of a corrected heat transfer coefficient corrects the heat transfer coefficient based on a ratio of a surface area of the analysis object before element breakdown with a surface area of the corresponding approximation model. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、コンピュータを利用して熱解析を行うための解析方法、解析装置および解析プログラムに関する。   The present invention relates to an analysis method, an analysis apparatus, and an analysis program for performing thermal analysis using a computer.

電子機器の熱設計を行うに当たって、CAD(Computer Aided Design)データなどに基づくモデルを種々の解析方法を利用して熱源からの熱量の流れや、モデルの指定箇所の温度変化などを解析する。   In designing the heat of an electronic device, a model based on CAD (Computer Aided Design) data or the like is used to analyze the flow of heat from the heat source or the temperature change at a specified location of the model using various analysis methods.

熱解析に利用される解析方法の1つに直交格子法による解析方法がある。解析条件として、解析対象物の曲面に熱伝達係数hを設定する場合、直交格子法において、モデルの曲面部分は、複数の平面からなる階段状の面で近似される。 One of analysis methods used for thermal analysis is an analysis method based on an orthogonal lattice method. When the heat transfer coefficient h 0 is set as the analysis condition on the curved surface of the analysis object, the curved surface portion of the model is approximated by a stepped surface composed of a plurality of planes in the orthogonal lattice method.

図3は、3次元CADデータにおける曲面部分の断面図を示す図である。このような断面を有する曲面部分を直交格子法で近似した場合、図4の断面図に示すような、階段状の断面となる。   FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional view of a curved surface portion in the three-dimensional CAD data. When a curved surface portion having such a cross section is approximated by an orthogonal lattice method, a stepped cross section as shown in the cross sectional view of FIG. 4 is obtained.

このような近似により、近似前と近似後では、熱伝達係数を設定する部分の面積が変化するため、界面を移動する熱量も変化する。熱伝達係数を設定する実際の曲面の表面積(近似前の表面積)をS、熱伝達係数を設定する曲面を直交格子法で近似した階段状の面の表面積をSとする。曲面の界面を通過させたい所望の熱量をQ、直交格子法による近似後の曲面の界面を移動する熱量をQ、曲面の表面温度と周囲温度との温度差をΔTとすると、近似前と近似後では、熱量の誤差(Q−Q)=h×ΔT×(S−S)が生じることになる。 By such an approximation, the area of the portion where the heat transfer coefficient is set changes before and after the approximation, so the amount of heat that moves through the interface also changes. The surface area of the actual curved setting the heat transfer coefficient (surface area before approximation) S 0, the surface area of the stepped surface approximating a curved surface for setting the heat transfer coefficient in the orthogonal grid method and S C. Assuming that the desired amount of heat to pass through the curved surface interface is Q 0 , the amount of heat moving through the curved surface interface after approximation by the orthogonal lattice method is Q C , and the temperature difference between the curved surface temperature and the ambient temperature is ΔT, After the approximation, an error in the amount of heat (Q C −Q 0 ) = h 0 × ΔT × (S C −S 0 ) occurs.

直交格子法による構造解析において、解析条件として解析対象物に圧力を負荷させた場合の直交格子法による近似誤差を補正する技術が特許文献1に開示されている。   Patent Document 1 discloses a technique for correcting an approximation error by an orthogonal lattice method when pressure is applied to an analysis object as an analysis condition in a structural analysis by the orthogonal lattice method.

荷重は、圧力場の面積分値として与えられるが、圧力を負荷する実際の面の表面積(近似前の表面積)と、直交格子法によって近似された階段形状の面の表面積とが異なるため、面積分値は実際の値と異なる。特許文献1記載の技術では、正確な荷重を与えるために、荷重が圧力場の面積分値であるという関係に着目し、面積の誤差を吸収するために、面積の誤差に応じて付加する圧力を補正している。   Although the load is given as an area fraction of the pressure field, the surface area of the actual surface that loads the pressure (surface area before approximation) differs from the surface area of the stepped surface approximated by the orthogonal grid method. The minute value is different from the actual value. In the technique described in Patent Document 1, attention is paid to the relationship that the load is an area fraction of the pressure field in order to give an accurate load, and the pressure applied according to the area error in order to absorb the area error. Is corrected.

解析対象物に負荷する圧力をFp、解析対象物において圧力を負荷する実際の面積をCs、直交格子法で近似した階段状の面の表面積をVsとすると、解析対象物の直交格子モデルにおいて負荷する圧力は、Vp=Fp×Cs/Vsで表される。   Assuming that the pressure applied to the analysis object is Fp, the actual area where pressure is applied to the analysis object is Cs, and the surface area of the stepped surface approximated by the orthogonal grid method is Vs, the load in the orthogonal grid model of the analysis object The pressure to be expressed is expressed as Vp = Fp × Cs / Vs.

これにより、直交格子モデルにおいて設定する圧力は、圧力を負荷する面の実際の表面積と、圧力を負荷する面を直交格子法で近似した階段形状の面の表面積との比によって正確な荷重が設定されるよう圧力を補正していた。   As a result, the pressure set in the orthogonal lattice model is set accurately by the ratio of the actual surface area of the surface to which pressure is applied and the surface area of the staircase surface obtained by approximating the surface to which pressure is applied by the orthogonal lattice method. The pressure was corrected to be

特開2002−288239号公報JP 2002-288239 A

前述のように、構造解析の場合には、解析対象物に圧力を負荷させることになるが、荷重という物理量は初期条件として与えられる圧力と面積との積で表わされるため、荷重を表わす式を構成する全ての変数(圧力と面積)は既知量である。   As described above, in the case of structural analysis, pressure is applied to the object to be analyzed, but the physical quantity of load is represented by the product of pressure and area given as an initial condition. All the constituent variables (pressure and area) are known quantities.

これに対して熱解析の場合には、界面を移動する熱量は、熱伝達係数と温度差(表面温度と周囲温度との差)と表面積との積で表わされるが、温度差は有限要素法等による計算過程において逐次求められる変数であり未知量である。したがって、熱量という物理量を表わす式に未知量が含まれることになる。   In contrast, in the case of thermal analysis, the amount of heat that moves through the interface is represented by the product of the heat transfer coefficient, temperature difference (difference between surface temperature and ambient temperature), and surface area. It is a variable and an unknown quantity that are sequentially obtained in the calculation process by the method. Therefore, the unknown quantity is included in the formula representing the physical quantity of heat.

上記のように特許文献1記載の発明は、全ての変数が既知の場合の補正に過ぎず、変数に未知量が含まれるような場合には全く対応できない。   As described above, the invention described in Patent Document 1 is only a correction when all variables are known, and cannot cope with any case where an unknown amount is included in the variables.

本発明の目的は、未知量が含まれる場合でも要素分割による誤差を考慮した熱解析を行うことができる解析方法、解析装置、および解析プログラムを提供することである。   An object of the present invention is to provide an analysis method, an analysis apparatus, and an analysis program capable of performing thermal analysis in consideration of an error due to element division even when an unknown amount is included.

本発明は、解析対象物を、直交格子法に基づいて有限個の要素に分割し、近似モデルを作成する要素分割工程と、
前記近似モデルの表面に熱伝達係数を設定する熱伝達係数設定工程と、
前記近似モデルまたはその周辺の初期温度、熱源条件を設定する解析条件設定工程と、
前記近似モデル、前記熱伝達係数、前記初期温度および前記熱源条件に基づいて、前記近似モデルの所定時間経過したときの温度変化を算出する温度変化算出工程とを備え、
前記熱伝達係数設定工程では、前記解析対象物の要素分割前の表面積と、これに対応する前記近似モデルの表面積との比に基づいて、熱伝達係数を補正することを特徴とする解析方法である。
The present invention divides an analysis object into a finite number of elements based on an orthogonal lattice method, and creates an approximate model; and
A heat transfer coefficient setting step of setting a heat transfer coefficient on the surface of the approximate model;
An analysis condition setting step for setting the approximate model or the surrounding initial temperature, heat source conditions,
A temperature change calculating step of calculating a temperature change when a predetermined time elapses of the approximate model based on the approximate model, the heat transfer coefficient, the initial temperature, and the heat source condition;
In the heat transfer coefficient setting step, the heat transfer coefficient is corrected based on a ratio between a surface area of the analysis object before element division and a surface area of the approximate model corresponding to the surface area. is there.

また本発明は、前記熱伝達工程では、解析対象物表面の熱伝達係数をh、熱伝達係数を設定する設定面の表面積をS、近似モデルの前記設定面に対応する面の表面積をSとしたとき、近似モデルに設定する熱伝達係数hを、h=h×S/Sの式によって算出することを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the heat transfer step, the heat transfer coefficient of the surface of the analysis object is h 0 , the surface area of the setting surface for setting the heat transfer coefficient is S 0 , and the surface area of the surface corresponding to the setting surface of the approximate model is when the S C, the heat transfer coefficient h C to set the approximate model, and calculating by the equation h C = h 0 × S 0 / S C.

また本発明は、解析対象物を、直交格子法に基づいて有限個の要素に分割し、近似モデルを作成する要素分割手段と、
前記近似モデルの表面に熱伝達係数を設定する熱伝達係数設定手段と、
前記近似モデルまたはその周辺の初期温度、熱源条件を設定する解析条件設定手段と、
前記近似モデル、前記熱伝達係数、前記初期温度および前記熱源条件に基づいて、前記近似モデルの所定時間経過したときの温度変化を算出する温度変化算出手段とを備え、
前記熱伝達係数設定手段は、前記解析対象物の要素分割前の表面積と、これに対応する前記近似モデルの表面積との比に基づいて、熱伝達係数を補正することを特徴とする解析装置である。
The present invention also includes an element dividing means for dividing an analysis object into a finite number of elements based on an orthogonal lattice method and creating an approximate model;
Heat transfer coefficient setting means for setting a heat transfer coefficient on the surface of the approximate model;
Analysis condition setting means for setting the approximate model or the surrounding initial temperature, heat source conditions,
A temperature change calculating means for calculating a temperature change when a predetermined time elapses of the approximate model based on the approximate model, the heat transfer coefficient, the initial temperature, and the heat source condition;
The heat transfer coefficient setting means corrects a heat transfer coefficient based on a ratio between a surface area of the analysis object before element division and a surface area of the approximate model corresponding to the surface area. is there.

また本発明は、コンピュータを上記の解析装置として機能させるためのプログラムである。   Further, the present invention is a program for causing a computer to function as the above-described analysis device.

本発明によれば、要素分割工程において、解析対象物を、直交格子法に基づいて有限個の要素に分割して、近似モデルを作成し、熱伝達係数設定工程で、前記近似モデルの表面に熱伝達係数を設定する。   According to the present invention, in the element dividing step, the analysis object is divided into a finite number of elements based on the orthogonal lattice method, an approximate model is created, and the heat transfer coefficient setting step is performed on the surface of the approximate model. Set the heat transfer coefficient.

解析条件設定工程で、前記近似モデルまたはその周辺の初期温度、熱源条件を設定すると、温度変化算出工程で、前記近似モデル、前記熱伝達係数、前記初期温度および前記熱源条件に基づいて、前記近似モデルの所定時間経過したときの温度変化を算出する。   In the analysis condition setting step, the approximate temperature of the approximate model or its surroundings and the heat source condition are set, and in the temperature change calculation step, the approximation is performed based on the approximate model, the heat transfer coefficient, the initial temperature, and the heat source condition. The temperature change when a predetermined time of the model has elapsed is calculated.

前記熱伝達係数設定工程では、前記解析対象物の要素分割前の表面積と、これに対応する前記近似モデルの表面積との比に基づいて、熱伝達係数を補正する。   In the heat transfer coefficient setting step, the heat transfer coefficient is corrected based on the ratio between the surface area of the analysis object before element division and the surface area of the approximate model corresponding thereto.

このように、既知量である熱伝達係数を近似前後の表面積比に応じて補正することで、未知量が含まれる熱解析であっても、要素分割による誤差を補正し、解析精度を教条させることができる。   In this way, by correcting the heat transfer coefficient, which is a known amount, according to the surface area ratio before and after approximation, even in thermal analysis that includes unknown amounts, errors due to element division are corrected and analysis accuracy is taught. be able to.

また本発明によれば、前記熱伝達係数設定工程では、解析対象物表面の熱伝達係数をh、熱伝達係数を設定する設定面の表面積をS、近似モデルの前記設定面に対応する面の表面積をSとしたとき、近似モデルに設定する熱伝達係数hを、h=h×S/Sの式によって算出する。 According to the invention, in the heat transfer coefficient setting step, the heat transfer coefficient of the surface of the analysis object is h 0 , the surface area of the setting surface for setting the heat transfer coefficient is S 0 , and corresponds to the setting surface of the approximate model. when the surface area of the surface was S C, the heat transfer coefficient h C to set the approximate model is calculated by the equation h C = h 0 × S 0 / S C.

熱伝達係数と表面積との積を、近似前後で同じ値とすることで、容易に高精度な補正を行うことができる。   By setting the product of the heat transfer coefficient and the surface area to the same value before and after the approximation, high-accuracy correction can be easily performed.

また本発明によれば、要素分割手段は、解析対象物を、直交格子法に基づいて有限個の要素に分割して、近似モデルを作成し、熱伝達係数設定手段が、前記近似モデルの表面に熱伝達係数を設定する。   According to the invention, the element dividing means divides the object to be analyzed into a finite number of elements based on the orthogonal lattice method to create an approximate model, and the heat transfer coefficient setting means has a surface of the approximate model. Set the heat transfer coefficient to.

解析条件設定手段が、前記近似モデルまたはその周辺の初期温度、熱源条件を設定すると、温度変化算出手段が、前記近似モデル、前記熱伝達係数、前記初期温度および前記熱源条件に基づいて、前記近似モデルの所定時間経過したときの温度変化を算出する。   When the analysis condition setting unit sets the approximate model or the initial temperature and heat source conditions around the approximate model, the temperature change calculation unit is configured to perform the approximation based on the approximate model, the heat transfer coefficient, the initial temperature, and the heat source condition. The temperature change when a predetermined time of the model has elapsed is calculated.

前記熱伝達係数設定手段は、前記解析対象物の要素分割前の表面積と、これに対応する前記近似モデルの表面積との比に基づいて、熱伝達係数を補正する。   The heat transfer coefficient setting unit corrects the heat transfer coefficient based on a ratio between a surface area of the analysis object before element division and a surface area of the approximate model corresponding to the surface area.

このように、既知量である熱伝達係数を近似前後の表面積比に応じて補正することで、未知量が含まれる熱解析であっても、要素分割による誤差を補正し、解析精度を教条させることができる。   In this way, by correcting the heat transfer coefficient, which is a known amount, according to the surface area ratio before and after approximation, even in thermal analysis that includes unknown amounts, errors due to element division are corrected and analysis accuracy is taught. be able to.

また本発明によれば、コンピュータを上記の解析装置として機能させるためのプログラムとして提供することができる。   Further, according to the present invention, it is possible to provide a program for causing a computer to function as the analysis device.

図1は、本発明の実施の一形態である解析装置1の機能の構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of an analysis apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.

解析装置1は、制御部10と、形状情報入力部11と、材料情報入力部12と、解析条件入力部13と、直交格子法による要素分割部14と、補正熱伝達係数の計算及び設定部15と、解析領域の温度変化計算部16と、出力部17と、CAD情報データベース21と、材料情報データベース22と、出力結果データベース23とを含む。   The analysis apparatus 1 includes a control unit 10, a shape information input unit 11, a material information input unit 12, an analysis condition input unit 13, an element division unit 14 using an orthogonal lattice method, and a correction heat transfer coefficient calculation and setting unit. 15, an analysis region temperature change calculation unit 16, an output unit 17, a CAD information database 21, a material information database 22, and an output result database 23.

制御部10は、熱解析装置1の各部位の動作を制御し、これらの間のデータ受け渡しおよびデータ処理を行う。   The control part 10 controls the operation | movement of each site | part of the thermal-analysis apparatus 1, and performs data delivery and data processing between these.

形状情報入力部11は、解析対象物(以下では「モデル」という。)の外形形状、配置、寸法など3次元CADデータに準拠した立体モデルのパラメータである形状情報を入力する。材料情報入力部12は、モデルの各構成材料の熱伝導率、比熱、密度、輻射率などの材料情報を入力する。解析条件入力部13は、初期温度、発熱設定および環境温度などの初期条件、断熱条件、放熱条件などの境界条件を入力して設定する解析条件設定手段である。   The shape information input unit 11 inputs shape information that is a parameter of a three-dimensional model conforming to three-dimensional CAD data, such as the outer shape, arrangement, and dimensions of an analysis object (hereinafter referred to as “model”). The material information input unit 12 inputs material information such as thermal conductivity, specific heat, density, and emissivity of each constituent material of the model. The analysis condition input unit 13 is analysis condition setting means for inputting and setting boundary conditions such as initial conditions such as initial temperature, heat generation setting and environmental temperature, heat insulation conditions, and heat dissipation conditions.

直交格子法による要素分割部14は、直交格子法に基づいてモデルを有限個の要素に分割する要素分割手段である。補正熱伝達係数の計算及び設定部15は、形状情報入力部11で入力されたモデルの熱伝達係数を補正して設定する熱伝達係数設定手段である。   The element dividing unit 14 based on the orthogonal lattice method is an element dividing unit that divides the model into a finite number of elements based on the orthogonal lattice method. The correction heat transfer coefficient calculation and setting unit 15 is a heat transfer coefficient setting unit that corrects and sets the heat transfer coefficient of the model input by the shape information input unit 11.

解析条件入力部13で入力された熱伝達係数(以下では「補正前係数」という)と、要素分割前のモデルにおける解析対象面の表面積(以下では「近似前表面積」という。)と、要素分割後のモデルにおける解析対象面の表面積(以下では「近似後表面積」という。)と、を用いて補正された熱伝達係数(以下では「補正後係数」という。)を算出し、要素分割後の階段状の面に設定する。   The heat transfer coefficient input in the analysis condition input unit 13 (hereinafter referred to as “coefficient before correction”), the surface area of the analysis target surface in the model before element division (hereinafter referred to as “surface area before approximation”), and element division. The surface area of the analysis target surface in the later model (hereinafter referred to as “approximate surface area”) and the heat transfer coefficient corrected using the following (hereinafter referred to as “corrected coefficient”) are calculated and Set to a stepped surface.

解析領域の温度変化計算部16は、要素分割後の各要素に対して、有限要素法、有限差分法、有限体積法等によって所定時間経過したときの温度変化を計算する温度変化算出手段である。   The temperature change calculation unit 16 in the analysis region is a temperature change calculation unit that calculates a temperature change when a predetermined time elapses for each element after the element division by a finite element method, a finite difference method, a finite volume method, or the like. .

ここで所定時間は、非定常解析を行う場合に設定される。非定常解析は、温度変化を経時的に解析し、所望の時間後の温度分布を知りたい場合や、所望の時間までの温度変化を見たい場合に行う解析である。したがって、所定時間は、ユーザーが所望する解析結果などに応じて適宜設定すればよい。なお、非定常解析の時間刻みΔtの制約の目安にクーラン数があり、Δtが小さくなれば長い時間間隔の解析は計算コストが大幅に増大する。   Here, the predetermined time is set when performing non-stationary analysis. The unsteady analysis is an analysis performed when the temperature change is analyzed over time and the temperature distribution after a desired time is desired to be known or when the temperature change until the desired time is desired to be observed. Therefore, the predetermined time may be appropriately set according to the analysis result desired by the user. Note that the number of Courants is a guideline for the time step Δt of unsteady analysis, and if Δt becomes small, the analysis cost for a long time interval greatly increases.

出力部17は、補正熱伝達係数の計算及び設定部15で計算された補正後係数と、解析領域の温度変化計算部16で計算された各要素の温度変化を出力する。   The output unit 17 outputs the corrected heat transfer coefficient and the corrected coefficient calculated by the setting unit 15 and the temperature change of each element calculated by the temperature change calculation unit 16 in the analysis region.

温度変化の出力は、この分野で用いられる既存の技術で対応可能である。たとえば、3次元CADデータをモデルとした場合、3次元近似モデルを汎用解析ソフトのポスト(解析結果の処理用のアプリケーション)で絶対温度(初期条件として与えた周囲温度+温度変化)のコンター図としてグラフィカルに表示する。ポストの機能によって出力形態は変わるが、要素を指定すればその要素の温度を数値で表示することも可能である。   The output of the temperature change can be handled by existing technology used in this field. For example, when 3D CAD data is used as a model, the 3D approximate model is converted into a contour map of the absolute temperature (ambient temperature given as initial condition + temperature change) on a post of general-purpose analysis software (application for processing analysis results). Display graphically. Although the output form varies depending on the function of the post, if an element is specified, the temperature of the element can be displayed numerically.

CAD情報データベース21は、形状情報入力部11によって入力されたモデルのCADデータを蓄積する。材料情報データベース22は、材料情報入力部12によって入力されるモデルの熱伝導率、比熱、密度、輻射率などの熱に関する物性データを、モデルと関連付けて蓄積する。出力結果データベース23は、解析領域の温度変化計算部16で計算されたモデルの温度変化のデータを、モデルと関連付けて蓄積する。   The CAD information database 21 stores the CAD data of the model input by the shape information input unit 11. The material information database 22 stores physical property data related to heat such as thermal conductivity, specific heat, density, and emissivity of the model input by the material information input unit 12 in association with the model. The output result database 23 stores the temperature change data of the model calculated by the temperature change calculation unit 16 in the analysis region in association with the model.

熱解析装置1は、ハードウエアとしては、入力装置、制御装置、記憶装置、および出力装置などを含むコンピュータによって実現される。   The thermal analysis device 1 is realized by a computer including hardware such as an input device, a control device, a storage device, and an output device.

入力装置は、たとえばキーボード、マウスなどの入力機器によって構成され、制御装置は、たとえばCPU(Central Processing Unit)およびCPUに接続されるI/O(
Input/Output)インターフェイスによって構成される。
The input device is configured by input devices such as a keyboard and a mouse, for example, and the control device is, for example, a CPU (Central Processing Unit) and an I / O (CPU) connected to the CPU.
Input / Output) interface.

記憶装置は、たとえばRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)
、ハードディスクドライブ、フレキシブルディスクドライブ、あるいはCD−ROM(
Compact Disk Read Only Memory)ドライブによって構成され、出力装置は、たとえばCRT(Cathode Ray Tube)もしくはLCD(Liquid Crystal Display)などの表示装置、またはプリンタなどの印刷装置によって構成される。
Storage devices include, for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory)
, Hard disk drive, flexible disk drive, or CD-ROM (
The output device is composed of a display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) or LCD (Liquid Crystal Display), or a printing device such as a printer.

ハードウエア構成は、これらに限られるものではなく、たとえば入力機器として、CAD装置に含まれる情報データベース、あるいはデータ通信機能を用いた外部記憶装置を用いてもよいし、制御装置として、複数のCPUによる並列計算装置を用いてもよく、操作性および計算速度の優れた構成としてもよい。   The hardware configuration is not limited to these. For example, an information database included in a CAD device or an external storage device using a data communication function may be used as an input device, and a plurality of CPUs may be used as a control device. May be used, and a configuration with excellent operability and calculation speed may be used.

図2は、熱解析処理を示すフローチャートである。本フローチャートは、図1に示した解析装置1による処理工程を示している。上記各部によって実行される熱解析の処理動作を、図2のフローチャートを用いて説明する。   FIG. 2 is a flowchart showing the thermal analysis process. This flowchart shows processing steps by the analysis apparatus 1 shown in FIG. The thermal analysis processing operation executed by each of the above units will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、ステップS1では、形状情報入力部11から入力されるモデルの形状情報を取得する。   First, in step S1, model shape information input from the shape information input unit 11 is acquired.

たとえば、発熱源の搭載された電子基板を内包する電子機器の場合、筐体の形状、寸法、電子基板の形状、寸法、抵抗や集積回路(ICチップ)などの発熱源の形状、寸法、ドリル穴などの形状、寸法およびこれら各部品の筐体内における配置位置などモデル形状に関する情報、および各部品を構成する構成材料を取得する。   For example, in the case of an electronic device including an electronic board on which a heat source is mounted, the shape and dimensions of the housing, the shape and dimensions of the electronic board, the shape and dimensions of the heat source such as resistance and integrated circuit (IC chip), drill Information on the model shape, such as the shape and dimensions of the hole and the like, and the position of each of these components in the housing, and the constituent materials constituting each component are acquired.

これらの情報は、電子基板がCAD装置によって設計されていて、CAD情報データベース21に蓄積されている場合には、CAD情報データベース21から取得することができる。CAD情報データベース21に蓄積されていない場合は、たとえば、解析装置1にCAD装置、CAE(Computer Aided Engineering)装置との接続インターフェイス(有線通信、無線通信)を備えておき、CAD装置に接続して情報を取得してもよい。また、熱流体解析を行うためのCAE装置のプリプロセッサに接続し、そのプリプロセッサから直接取得してもよい。あるいは入力装置で直接入力させて取得してもよい。   These pieces of information can be acquired from the CAD information database 21 when the electronic board is designed by a CAD apparatus and stored in the CAD information database 21. If it is not stored in the CAD information database 21, for example, the analysis apparatus 1 is provided with a connection interface (wired communication, wireless communication) with a CAD apparatus and a CAE (Computer Aided Engineering) apparatus, and connected to the CAD apparatus. Information may be acquired. Alternatively, it may be connected to a preprocessor of a CAE apparatus for performing thermal fluid analysis and directly acquired from the preprocessor. Or you may make it input directly with an input device and acquire.

ステップS2では、材料情報入力部12から入力されるモデルの材料情報を取得する。
たとえば、各部品を構成する構成材料の熱伝導率、比熱、密度、輻射率などの材料情報を取得する。これらの情報は、材料情報データベース22から取得してもよいし、新たに入力装置から直接入力させて取得してもよい。
In step S2, the material information of the model input from the material information input unit 12 is acquired.
For example, material information such as thermal conductivity, specific heat, density, and emissivity of the constituent materials constituting each component is acquired. These pieces of information may be acquired from the material information database 22 or may be newly input directly from the input device.

ステップS3では、解析条件入力部13から入力される解析条件を取得する。
たとえば、発熱源の発熱量、周囲温度などの初期条件、部品間の断熱条件、接触熱抵抗値、解析領域面の断熱条件および放熱条件などの境界条件、筺体表面や部品表面の熱伝達係数を取得して設定する。
In step S3, the analysis condition input from the analysis condition input unit 13 is acquired.
For example, initial conditions such as the heat generation amount of the heat source, ambient temperature, heat insulation conditions between components, contact thermal resistance, boundary conditions such as heat insulation conditions and heat radiation conditions of the analysis area surface, heat transfer coefficient of the housing surface and component surface Get and set.

図3は、モデルの一部分である曲面部分の断面図を示している。モデルの曲面部分に熱伝達係数hを設定するには、近似前表面積Sを、形状情報から取得して設定する。熱伝達係数を設定する曲面部分が複数ある場合は、同様にそれぞれの曲面部分に設定する熱伝達係数および近似前表面積を取得する必要がある。 FIG. 3 shows a cross-sectional view of a curved surface portion that is a part of the model. In order to set the heat transfer coefficient h 0 to the curved surface portion of the model, the approximate pre-surface area S 0 is acquired from the shape information and set. When there are a plurality of curved surface portions for setting the heat transfer coefficient, it is necessary to acquire the heat transfer coefficient and the surface area before approximation similarly set for each curved surface portion.

ステップS4では、直交格子法により、モデルの要素分割を行う。ステップS1で入力されたモデルは全て直交格子に近似され、全ての曲面部分は、複数の平面が集合した階段状の部分で近似される。ステップS3で熱伝達係数を設定した曲面部分に対応する近似後表面積Scを算出する。近似後表面積Scは、要素分割によって近似された複数の平面を抽出し、その足し合わせによって算出することができる。   In step S4, the model is divided into elements by the orthogonal lattice method. All the models input in step S1 are approximated by orthogonal lattices, and all curved surface portions are approximated by stepped portions in which a plurality of planes are aggregated. An approximate post-surface area Sc corresponding to the curved surface portion for which the heat transfer coefficient is set in step S3 is calculated. The approximate surface area Sc can be calculated by extracting a plurality of planes approximated by element division and adding them.

図4は、直交格子法で近似した曲面部分の断面図を示す図である。熱伝達係数を設定する曲面が複数個ある場合は、それぞれに対して近似後表面積を算出する。   FIG. 4 is a cross-sectional view of a curved surface portion approximated by an orthogonal lattice method. When there are a plurality of curved surfaces for setting the heat transfer coefficient, the approximate post-surface area is calculated for each.

ステップS5では、補正後係数を算出し、要素分割された各セルに対して熱伝達係数の設定を行う。   In step S5, a corrected coefficient is calculated, and a heat transfer coefficient is set for each element-divided cell.

熱量=熱伝達係数×(表面温度−周囲温度)×表面積、という関係式において既知量である熱伝達係数と表面積に着目する。セルの表面温度は未知量であり、次のステップS6において逐次算出される変数である。周囲温度は、解析条件に含まれる既知量であるが、固定値であるので補正する必要はない。   Attention is paid to the heat transfer coefficient and the surface area, which are known quantities, in the relational expression of heat quantity = heat transfer coefficient × (surface temperature−ambient temperature) × surface area. The surface temperature of the cell is an unknown quantity and is a variable that is sequentially calculated in the next step S6. The ambient temperature is a known amount included in the analysis conditions, but is a fixed value and need not be corrected.

具体的な補正の方法は、既知量である熱伝達係数と表面積との積が、近似前と近似後で同じ値となるように補正する。すなわち、近似後係数hを、h=h×S/Sの式にしたがって算出する処理を行う。熱伝達係数を設定する曲面が複数個ある場合は、それぞれに対して算出の処理を行う。求めた熱伝達係数hは、要素分割前に設定されていた曲面部分に対応する各々のセルに対して設定する。 As a specific correction method, correction is performed so that the product of the heat transfer coefficient and the surface area, which is a known amount, becomes the same value before and after the approximation. That is, the approximate after coefficient h C, performs a process of calculating according to the formula h C = h 0 × S 0 / S C. When there are a plurality of curved surfaces for setting the heat transfer coefficient, a calculation process is performed for each of them. The obtained heat transfer coefficient h C is set for each cell corresponding to the curved surface portion set before the element division.

ステップS6では、各セルの温度変化を、有限要素法、有限差分法、有限体積法等によって算出する。これによって、セル1つにつき1つの温度変化が算出される。   In step S6, the temperature change of each cell is calculated by a finite element method, a finite difference method, a finite volume method, or the like. Thereby, one temperature change is calculated for each cell.

ステップS7では、ステップS6で算出された温度変化を計算結果として出力し、解析処理を終了する。ステップS6で算出された温度変化は、出力する際に出力結果データベース23にも蓄積される。   In step S7, the temperature change calculated in step S6 is output as a calculation result, and the analysis process is terminated. The temperature change calculated in step S6 is also accumulated in the output result database 23 when outputting.

以上で説明した解析装置1は、コンピュータに上記熱解析処理を機能させるための解析処理プログラムとして実現してもよい。この解析処理プログラムは、コンピュータで読取り可能な記録媒体に格納されている。この記録媒体として、マイクロコンピュータで処理が行われるために必要なメモリ、たとえばROM(リードオンリメモリ)のようなものそのものが記録媒体であってもよいし、また外部記憶装置としてプログラム読取装置が設けられ、そこに解析処理プログラムが記録された記録媒体を挿入することで読取り可能な記録媒体であってもよい。   The analysis apparatus 1 described above may be realized as an analysis processing program for causing a computer to function the thermal analysis processing. This analysis processing program is stored in a computer-readable recording medium. As the recording medium, a memory necessary for processing by the microcomputer, for example, a ROM (read only memory) itself may be the recording medium, or a program reading device is provided as an external storage device. It may be a recording medium that can be read by inserting a recording medium in which the analysis processing program is recorded.

いずれの場合においても、格納されている解析処理プログラムは、マイクロプロセッサがアクセスして実行させる構成であってもよいし、あるいは解析処理プログラムを読み出し、読み出されたプログラムを、マイクロコンピュータのプログラム記憶エリアにダウンロードし、そのプログラムを実行する構成であってもよい。ダウンロード用のプログラムは予め装置本体に格納していればよい。   In any case, the stored analysis processing program may be configured to be accessed and executed by the microprocessor, or the analysis processing program is read out and the read program is stored in the microcomputer program storage. It may be configured to download to an area and execute the program. The download program may be stored in the apparatus main body in advance.

また、記録媒体は、装置本体と分離可能に構成される記録媒体であり、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスクやハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM(Compact-Disc Read Only Memory)/MO(Magneto-Optical)ディスク/MD(Mini Disc)/DVD(Digital Versatile Disc)等の光ディスクのディスク系、IC(Integrated Circuit)カード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory)、フラッシュROM等による半導体メモリを含めた固定的にプログラムを担持する媒体であってもよい。なお、通信ネットワークから解析処理プログラムをダウンロードする場合には、そのダウンロード用プログラムは予め装置本体に格納しておくか、あるいは別の記録媒体からインストールされるものであってもよい。   Further, the recording medium is a recording medium configured to be separable from the apparatus main body, and is a tape system such as a magnetic tape or a cassette tape, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk or a hard disk, or a CD-ROM (Compact-Disc). Optical discs such as Read Only Memory (MO) (Magneto-Optical) disc / MD (Mini Disc) / DVD (Digital Versatile Disc), IC (Integrated Circuit) cards (including memory cards), optical cards, etc. It may be a medium that carries a fixed program including a semiconductor memory such as a system ROM, mask ROM, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory), flash ROM, or the like. When the analysis processing program is downloaded from the communication network, the download program may be stored in advance in the apparatus main body or installed from another recording medium.

本発明の実施の一形態である解析装置1の機能の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the function of the analyzer 1 which is one Embodiment of this invention. 熱解析処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows a thermal analysis process. 3次元CADデータにおける曲面部分の断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing of the curved-surface part in three-dimensional CAD data. 直交格子法で近似した曲面部分の断面図を示す図である。It is a figure which shows sectional drawing of the curved surface part approximated by the orthogonal lattice method.

符号の説明Explanation of symbols

1 熱解析装置
10 制御部
11 形状情報入力部
12 材料情報入力部
13 解析条件入力部
14 直交格子法による要素分割部
15 補正熱伝達係数の計算及び設定部
16 解析領域の温度変化計算部
17 出力部
21 CAD情報データベース
22 材料情報データベース
23 出力結果データベース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Thermal analysis apparatus 10 Control part 11 Shape information input part 12 Material information input part 13 Analysis condition input part 14 Element division part by orthogonal lattice method 15 Calculation and setting part of correction | amendment heat transfer coefficient 16 Temperature change calculation part 17 of analysis area | region 17 Output Part 21 CAD information database 22 Material information database 23 Output result database

Claims (4)

解析対象物を、直交格子法に基づいて有限個の要素に分割し、近似モデルを作成する要素分割工程と、
前記近似モデルの表面に熱伝達係数を設定する熱伝達係数設定工程と、
前記近似モデルまたはその周辺の初期温度、熱源条件を設定する解析条件設定工程と、
前記近似モデル、前記熱伝達係数、前記初期温度および前記熱源条件に基づいて、前記近似モデルの所定時間経過したときの温度変化を算出する温度変化算出工程とを備え、
前記熱伝達係数設定工程では、前記解析対象物の要素分割前の表面積と、これに対応する前記近似モデルの表面積との比に基づいて、熱伝達係数を補正することを特徴とする解析方法。
An element dividing step of dividing an analysis object into a finite number of elements based on an orthogonal grid method and creating an approximate model;
A heat transfer coefficient setting step of setting a heat transfer coefficient on the surface of the approximate model;
An analysis condition setting step for setting the approximate model or the surrounding initial temperature, heat source conditions,
A temperature change calculating step of calculating a temperature change when a predetermined time elapses of the approximate model based on the approximate model, the heat transfer coefficient, the initial temperature, and the heat source condition;
In the heat transfer coefficient setting step, the heat transfer coefficient is corrected based on a ratio between a surface area of the analysis object before element division and a surface area of the approximate model corresponding thereto.
前記熱伝達工程では、解析対象物表面の熱伝達係数をh、熱伝達係数を設定する設定面の表面積をS、近似モデルの前記設定面に対応する面の表面積をSとしたとき、近似モデルに設定する熱伝達係数hを、h=h×S/Sの式によって算出することを特徴とする請求項1記載の解析方法。 In the heat transfer process, when h 0 the heat transfer coefficient of the analysis object surface, S 0 the surface area of the setting surface for setting the heat transfer coefficient, the surface area of the surfaces corresponding to the setting surface of the approximate model was S C the heat transfer coefficient h C to set the approximation model, h C = h 0 × S 0 / S analysis method according to claim 1, characterized in that calculated by the formula C. 解析対象物を、直交格子法に基づいて有限個の要素に分割し、近似モデルを作成する要素分割手段と、
前記近似モデルの表面に熱伝達係数を設定する熱伝達係数設定手段と、
前記近似モデルまたはその周辺の初期温度、熱源条件を設定する解析条件設定手段と、
前記近似モデル、前記熱伝達係数、前記初期温度および前記熱源条件に基づいて、前記近似モデルの所定時間経過したときの温度変化を算出する温度変化算出手段とを備え、
前記熱伝達係数設定手段は、前記解析対象物の要素分割前の表面積と、これに対応する前記近似モデルの表面積との比に基づいて、熱伝達係数を補正することを特徴とする解析装置。
An element dividing means for dividing an analysis object into a finite number of elements based on an orthogonal lattice method and creating an approximate model;
Heat transfer coefficient setting means for setting a heat transfer coefficient on the surface of the approximate model;
Analysis condition setting means for setting the approximate model or the surrounding initial temperature, heat source conditions,
A temperature change calculating means for calculating a temperature change when a predetermined time elapses of the approximate model based on the approximate model, the heat transfer coefficient, the initial temperature, and the heat source condition;
The heat transfer coefficient setting means corrects the heat transfer coefficient based on a ratio between a surface area of the analysis object before element division and a surface area of the approximate model corresponding to the surface area.
コンピュータを請求項3に記載の解析装置として機能させるための解析プログラム。   An analysis program for causing a computer to function as the analysis apparatus according to claim 3.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014018858A (en) * 2012-07-24 2014-02-03 Murata Mach Ltd Material heat transmission simulation device for thermal cutting machine

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