JPH0430270A - 熱解析ｃａｅシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は計算機を用いた熱解析ＣＡＥシステムに関し、
特に差分法やノード法を用いた電子機器等装置の熱解析
における３次元形状処理を行なう熱解析ＣＡＥシステム
に関するものである。

〔従来技術〕

コンピュータを利用した設計解析計算、所謂ＣＡＥシス
テムが普及し、設計物の挙動に対する各方面からの検証
が行なわれるようになってきた。

ＣＡＥシステムの構造解析への利用は、特に進展が著し
く、多方面で活用されている。

一方、熱解析は熱伝導解析と熱流体解析とがあり、前者
は比較的利用きれるが、後者は大規模な計算処理が必要
ときれるため、まだ−船釣に数多く利用されるに至って
いない。特に電子機器の熱解析においては、有限要素法
、差分法などの手法を用いると、解析対象とするエリア
を小領域（有限要素）に複雑に分割したりする必要があ
るため、前処理に時間がかかり、且つ計算時間も膨大で
あるため、現実には殆ど実用化されていない。

電子機器の熱解析においては、ノード法と呼ばれる手法
が利用されていることが多い。ノード法は電子機器の部
分を比較的ラフに分割し、分割された各領域にノードと
呼ばれる代表点を設け、各領域間のエネルギーバランス
式を連立させて解くことによって未知数である温度を求
める手法である。

ノード法は、固体から液体への熱の流れを流体の挙動を
計算することなく（ナビエーストークスの式を解かずに
）熱伝達率などの特性値として与えることができるため
、実用的問題を解く際に便利で、且つ演算量が少ないた
め高速で解くことができる。

しかしながら、ノード法は第５図（ａ）に示すような電
子機器の装置全体を第５図（ｄ）に示すような極めてラ
フな熱等価回路や第５図（ｂ）に示すような通風等価回
路に置き換えるため、計算機内ではＲ（抵抗）及びＣ（
コンデンサ）から構成される電気回路と同じ扱いになり
、実体としての装置形状イメージとは分離された扱いと
なる。

従ってノード法のモデルは、有限要素法などとは異なり
汎用的電子機器の形状データを用いて作成することは難
しい。

一方第５１３！！ｌ（ａ　）に示す電子機器は、プリン
ト配線板が規則正しく平行に配置されたユニットの外観
であり、ユニット毎にプリント配線板５１０大きさや枚
数、消費電力、ファン５２の種類や個数等のバリエーシ
ョンはあるもののユニットとしては類似形状であるため
、パラメータを入力することにより、第５図（ｂ）に示
すような通風等価回路、同図（ｄ）に示すような熱等価
回路を発生することができる。例えばプリント配線板５
１の間の流路５３の通風抵抗ｂ１は、プリント配線板５
１の実装ピッチａ１や通風面積ａ２の大きさから計算き
れる。通風等価回路が定まることにより、第５図（ｃ）
に示すように、ユニットの通風特性ｃ２とファンの静圧
−風量特性ｃ１から実際の動作点ｃ３から計算きれる。

この結果からユニット各部の風速が求められ、第５図（
ｄ）に示す熱等価回路が組み立てられる。

第５図（ｄ）において、ｄｌはプリント配線板、ｄ２は
プリント配線板上に設けられた固体ノード、ｄ３はプリ
ント配線板間の空気中に設けられた流体ノード、ｄ４は
プリント配線板内の固体熱伝導抵抗、ｄ５は熱伝導抵抗
、ｄ６は空気移動による等側熱伝導抵抗である。

第６図は上記解析手順を実行する熱解析ＣＡＥシステム
の構成を示すブロックである。熱解析ＣＡＥシステムは
図示するように、表示装＃６１、入力装置６２、データ
入出力部６３、パラメータデータ記憶部６４、ノードデ
ータ生成部６５、通風回路生成部６６、通風回路計算部
６７、熱回路生成６８、熱回路生成部６８、熱回路計算
部６９、圧力風量計算結果データ記憶部７０及び温度計
算結果データ記憶部７１を具備する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記構成の熱解析方式においては、入力デ
ータがユニットの諸元を表わすパラメータであり、計算
結果として出力されるノードの温度との対応がとりにく
いため、入力されたユニットのどの部分の温度が高いの
か、どの部分の風量が少ないのか視覚的に確認できず結
果の判断に時間を要した。

また、パラメータの入力ミスがあった場合にも形状イメ
ージが表示されないため。不具合箇所の発見に時間がか
かると共に、入力、計算したユニットの形状をＣＡＤシ
ステム等に出力し、設計に利用することが難しかった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記従来熱
解析ＣＡＥシステムの問題点である温度等の計算結果を
視覚的に表現できない点を解決するため、パラメータの
入力データを３次元ワイアフレームに変換する機能を付
加し、計算結果表示のわかりやすい熱解析システムを提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため本発明は、装置の熱解析を行な
うＣＡＥシステムを下記のように構成した。

パラメトリックに入力された装置の諸元データから３次
元ワイアフレームデータを生成する３次元ワイアフレー
ムデータ生成部と、該パラメトノックに入力されたデー
タからノードデータを生成し熱解析を行なう演算処理部
と、３次元ワイアフレームデータと前記熱解析を行なっ
て得たデータを重ね合わせグラフィック表示を行なう結
果表示部とを設けたことを特徴とする。

また、演算処理部は、圧力及び温度計算を行なう際のノ
ード座標を生成するノード座標生成部と、該ノード座標
生成部からのノード座標データから通風回路を生成する
通風生成部及び該通風生成部で生成される通風回路デー
タを基に通風回路計算、熱回路生成及び熱回路計算を行
なう手段を具備することを特徴とする。

また、結果表示部は３次元ワイアフレームデータ生成部
で生成された３次元ワイアフレームデータを基に装置を
表示装置に３次元的又は３面図で表示し、該表示画面の
所望の領域を入力装置で指定することにより、該領域に
前記熱解析結果を重ねて表示できる手段を具備すること
を特徴とする。

〔作用〕

本発明のＣＡＥシステムは、パラメトリックに入力され
た装置の諸元データから３次元ワイアフレームデータを
生成する３次元ワイアフレームデータ生成部を設けたの
で、３次元ワイアフレームデータと熱解析を行なって得
たデータを重ね合わせ視覚的に表現できき、計算結果表
示のわかりやすい熱解析システムとなる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例の熱解析ＣＡＥシステムの構成
を示すブロック図である。水熱解析ＣＡＥシステムは図
示するように、表示装置１、入力装置２、パラメータ入
力部３、結果表示部４、パラメータデータ記憶部５、ノ
ード座標データ記憶部６、圧力風量計算結果データ記憶
部７、温度計算結果データ記憶部８．３次元ワイアフレ
ームデータ記憶部９、ノードデータ生成部１１、通風回
路生成部１２、通風回路計算部１３、熱回路生成部１４
、熱回路計算部１５及び３次元ワイアフレームデータ生
成部２０を具備する構成である。

また、ノードデータ生成部１１、通風回路生成部１２、
通風回路計算部１３、熱回路生成部１４及び熱回路計算
部１５で演算処理部１０を構成している。

水熱解析ＣＡＥシステムはプリント配線板を収納するユ
ニットの熱解析を行なうもので、入力装置２はデータの
入力や処理コマンドの入力を行ない、表示装置１は入力
結果のエコーや処理結果を表示する。

パラメータ入力部３の処理により、装置諸元を表わす数
値、文字等のパラメータを取り込みパラメータデータ記
憶部５に記憶したり、内容の更新を行なったりする。

パラメータデータ記憶部５に記憶される入力パラメータ
の内容は、第２図に示すようにプリント配線基板の諸元
を表わす。この入力パラメータはノードデータ生成部１
１と３次元ワイアフレームデータ生成部２０に取り込ま
れ処理される。

ノードデータ生成部１１は演算処理部１０の最初の処理
を行なう部分であり、ノードデータを生成し、ノード座
標データを生成し、該ノード座標データをノード座標デ
ータ記憶部６に出力した後、通風回路生成部１２に処理
を移す。通風回路生成部１２では通風回路の生成を行な
った後、圧力風量計算を行ない、その結果を圧力風量計
算結果データ記憶部７に出力した後、熱回路生成部に処
理を移す。

熱回路生成部１４では圧力風量計算結果データ記憶部７
から圧力風量データを読み込み、熱回路の生成を行なっ
た後、熱回路計算部１５で温度計算を行ない結果が表示
される。

一方パラメータデータ記憶部５から３次元ワイアフレー
ムデータ生成部２０に取り込まれたバラ−メータデータ
は、３次元ワイアフレームデータに変換され３次元ワイ
アフレームデータ記憶部９に記憶される。

結果表示部４は、ノード座標データ記憶部６に記憶され
たノード座標データ、圧力風量計算結果データ記憶部７
に記憶された圧力風量計算結果データ、温度計算結果デ
ータ記憶部８に記憶された温度計算結果データ及び３次
元ワイアフレームデータ記憶部９に記憶された３次元ワ
イアフレームデータを取り込み表示処理を行なう。

以上が水熱解析ＣＡＥシステムの概要構成及びその処理
の流れであるが、次に各ブロックの処理内容に付いて説
明する。

先ず、３次元ワイアフレームデータ生成部２０は、パラ
メータデータ記憶部５からパラメータデータを取り込む
。パラメータデータは、第２図に例示するように各構成
部品の寸法或いは種別を示すもので、寸法パラメータか
らは自動的にワイアフレームを生成することができる。

例えばプリント配線基板の外形寸法データ（幅り、高さ
Ｈ２厚さｔ）を取り込むことにより３次元空間上に平板
ワイアフレームデータを生成することができる。また、
プリント配線板の実装ピッチパラメータｂと枚数パラメ
ータＮを用いれば、生成された一枚の平板をＮ個、ピッ
チｂで転記することにより全てのプリント配線板を生成
することができる。種別パラメータは予め決められた形
状をその識別番号を指定し、取り込むためのもので、第
１図では省略したが、第２図に示す標準パラメータデー
タ記憶部２１より種別パラメータの照合により、３次元
ワイアフレームデータ生成部２ｏに取り込まれ、ワイア
フレームが生成される。例えは、通風孔及びその形状は
通風穴形状番号ｊの入力により３次元ワイアフレームデ
ータ生成部２゜に取り込まれ、プリント配線板ピッチの
中央に配置きれる。ワイアフレームデータは線分１円弧
等の基本図形要素で構成され所定書式で３次元ワイアフ
レームデータ記憶部９に記憶される。第７図は上記３次
元ワイアフレームデータ生成処理部２０の処理の流れを
示す図である。

次に、第１図のノードデータ生成部１１においては、第
３図に示す通り、圧力、温度計算を行なう際の代表点（
ノード）３３を生成する。なお、第３図において、３１
はプリント配線板、３２はファンである。ノード３３の
生成処理は、第３図において、先ず、各プリント配線板
３１を複数の小領域３９に分割し、次にその領域の重心
点座標計算する。次にプリント配線板３１と３１の間の
空間の中央でプリント配線板３１の上に生成されたノー
ド３３と同しｘ、ｙ座標を持つ位置に流体ノード３４を
生成する。また、ファン３２とプリント配線板３１との
間の空間中央で流体ノード３４と同じｘ、ｙ座標を持つ
位置に流体ノード３５を生成する。

通風回路生成部１２では、第３図に示す通り、流体ノー
ド３４，３５．３６の間のみを通風抵抗３８で結合して
通風回路を生成する。通風抵抗３８の値はプリント配線
板間ピッチやノード間距離により計算きれ、伝達マトリ
クス形式で記憶きれ、通風回路計算部１３に渡きれる。

以下、通風回路計算部１３、熱回路生成部１４及び熱回
路計算部１５の処理は従来と同様であるからここでは省
略する。第８図は上記演算処理部の処理の流れを示す図
である。

次に、結果表示部４について説明する。結果表示部４で
は、上記の処理により、ノード座標データ記憶部６に記
憶されたノード座標データ、圧力風量計算結果データ記
憶部７に記憶され圧力風量計算結果データ、温度計算結
果データ記憶部８に記憶された温度計算結果デ・−タ、
３次元ワイアフレームデータ記憶部９に記憶された３次
元ワイアフレームデータを取り込み以下の処理を行なう
。

まず、結果表示部４は３次元ワイアフレームデータから
全体装置の外観を斜視図又は３面図等の表示方法で表示
装置１に出力する。オペレータは対話的処理により表示
したいデータ（温度、風圧、圧力等）とその表示方式（
等温線図、ベクトル図塗り潰し図等）及び表示したい領
域又は部品を入力装置２を用いて指示する。例えば、プ
リント配線板３１０表面の温度分布を等温線図で表示し
たい場合は、結果表示部４はノード座標データと温度計
算結果データからノード間温度を補間処理することによ
り３次元ワイアフレーム画像上に等混線を描く処理を行
ない、第４図に例を示すような等温線図を表示する。こ
の際陰線処理等を行なうと視覚的に見易いものとなる。

また、３次元ワイアフレームデータは第１図に示すよう
に３次元ワイアフレームデータ記憶部９から他のＣＡＤ
システム３０上での設計に利用することができる。第９
図は上記結果処理部の処理の流れを示す図である。

なお、本実施例ではプリント配線板ユニットの例を示し
たが、装置をいくつかのパラメータで表現できる対象物
に対して本発明の熱解析ＣＡＥシステムは適用可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上、説明したように本発明によれば、下記のような優
れた効果が得られる。

（１）パラメータデータを処理し、３次元ワイアフレー
ムデータを生成する３次元ワイアフレームデータ生成部
を設けることにより、オペレータは必要最小限の入力作
業を行なうのみで計算結果を視覚的に確認できるため入
力ミス、結果判定ミスの少ない、且つ解析時間の少ない
ＣＡＥシステムを実現できる。

（２）更に、ＣＡＤシステムへの形状データの転送が可
能となり、解析に使用したデータを人的ミスの混入なく
、設計図にも反映させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の熱解析ＣＡＥシステムの構成
を示すブロック図、第２図は３次元ワイアフレームデー
タ生成部の動作を説明するための図、第３図は通風及び
熱伝導回路網例を示す図、第４図は等温線図の表示例を
示す図、第５図はノード法による熱解析手順を示す図、
第６図は従来の熱解析システムの構成を示すブロック図
、第７図は３次元ワイアフレームデータ生成処理の流れ
を示す図、第８図は演算処理部の処理の流れを示す図、
第９図は結果表示部の処理の流れを示す図である。 図中、工・・・・表示装置、２・・・・入力装置、３・
記憶部、７・・・・圧力風量計算結果データ記憶部、８
・・・・温度計算結果データ記憶部、９・・・・３次元
ワイアフレームデータ記憶部、１ｏ・・・・演算処理部
、２０・・・・３次元ワイアフレームデータ生成部、２
１・・・・標準パラメータデータ記憶部。 ｊｊＡｖ−船体４６訃聞例瀝禾曝回 第３図 等Ａ謀＠−丸ｉ例Σ利ω 第４図 ＣＣ） （−ｄ　） ム）−；Ａ　Ｉ＝　２　３ｆｉ７％＠４＋１＃ｉ／Ｔ−
４ｉりしＥ句！！！ｑＲｒンスタＡ句１１会４メＪフロ
７７回第６ 図 ３）入えワイア７Ｌ−ムラ′−７１へｒ理１ｖ走株ｉ嘔
百ｉ目１！］！ズワ！１↑の；！！月ｔり請シ九Ｕす困
第８図 ４＠ｌ　Ａ　ｉ　ｑ　＠、［４理ｏ）１！ｚａｓＡ１ｓ
第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）数値計算手法を用いてパラメトリックに入力され
   た装置の諸元データ及び熱解析に必要各種データが格納
   されているデータベースからのデータにより、装置の熱
   解析を行なうＣＡＥシステムにおいて、 前記パラメトリックに入力された装置の諸元データから
   ３次元ワイアフレームデータを生成する３次元ワイアフ
   レームデータ生成部と、 該パラメトリックに入力されたデータからノードデータ
   を生成し熱解析を行なう演算処理部と、前記３次元ワイ
   アフレームデータと前記熱解析を行なって得たデータを
   重ね合わせグラフィック表示を行なう結果表示部を具備
   することを特徴とする熱解析ＣＡＥシステム。
2. （２）前記演算処理部は、圧力及び温度計算を行なう際
   のノード座標を生成するノード座標生成部と、該ノード
   座標生成部からのノード座標データから通風回路を生成
   する通風生成部及び該通風生成部で生成される通風回路
   データを基に通風回路計算、熱回路生成及び熱回路計算
   を行なう手段を具備することを特徴とする請求項（１）
   記載の熱解析ＣＡＥシステム。
3. （３）前記結果表示部は前記３次元ワイアフレームデー
   タ生成部で生成された３次元ワイアフレームデータを基
   に入力された装置を表示装置に３次元的又は３面図で表
   示し、該表画面の所望の領域を入力装置で指定すること
   により、該領域に前記熱解析結果を重ねて表示できる手
   段を具備することを特徴とする請求項（１）又は（２）
   記載の熱解析ＣＡＥシステム。