Сарафанов А.В. Компьютерные технологии в приборостроении

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Лабораторная работа № 8 Моделирование теплового режима прибора в целом



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -81-

Т

р

е

б

о

в

а

н

и

я

к

о

ф

о

р

м

л

е

н

и

ю

о

т

ч

е

т

а

п

о

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

е

Отчет должен быть подготовлен в виде файла, сформированного в ре-

дакторе MS Word, и содержать следующие обязательные разделы: цель и за-

дачи лабораторной работы, задание на выполнение лабораторн

ой работы,

краткую информацию о ходе выполнения лабораторной работы, описание ре-

зультатов лабораторных исследований (описание процесса идеализации кон-

струкции прибора, граф МТП прибора в виде копии экрана, кр

аткое описание

графа МТП, описание принципов параметризации, результаты анализа моде-

ли в виде копии экрана, в случае необходимости – рекомендации по измене-

нию конструкции прибора с целью улучшения его теплового режима), выво-

ды по результатам моделирования.

К

о

н

т

р

о

л

ь

н

ы

е

в

о

п

р

о

с

ы

1. Какой принцип лежит в основе иерархического подхода исследо

ва-

ния тепловых режимов в ПС?

2. Для чего необходимы операции агрегирования и декомпозиции?

3. Из каких этапов состоит процесс разработки графа модели тепловых

процессов в ПС?

4. В чем заключается сущн

ость параметризации описательной инфор-

мации о графе МТП?

5. В каком виде представляется система уравнений, описы-

вающая граф МТП:

• для стационарного теплового режима;

• для нестационарного теплового режима?

6. Каким образом можно использовать принцип симметрии в МТП ПС?

7. Какие компоненты входят в состав графа МТП ПС?

Л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

а

я

р

а

б

о

т

а

№

9

М

о

д

е

л

и

р

о

в

а

н

и

е

т

е

п

л

о

в

о

г

о

р

е

ж

и

м

а

п

е

ч

а

т

н

о

г

о

у

з

л

а

Ц

е

л

ь

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

Целью лабораторн

ой работы является закрепление теоретических зна-

ний в области моделирования тепловых процессов, протекающих в типовых

конструктивных узлах ПС.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Лабораторная работа № 9 Моделирование теплового режима печатного узла



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -82-

З

а

д

а

ч

и

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

К задачам лабораторной работы относятся:

• освоение методов математического моделирования тепловых про-

цессов посредством анализа и обеспечения на ПЭВМ тепловых характери-

стик печатного узла;

• приобретение навыков выполнения на ПЭВМ проектных задач по

анализу те

пловых режимов типовых конструктивных узлов ПС при помощи

ПК ТРиАНА [14

; 15].

К

р

а

т

к

и

е

т

е

о

р

е

т

и

ч

е

с

к

и

е

с

в

е

д

е

н

и

я

Подробные сведения о модели тепловых процессов печатного узла

приведены в [14, с. 130–153

].

Программная документация на ПК ТРиАНА изложена в [14

; 15], а так-

же доступна в Internet по адресу: www.triana.ire.krgtu.ru

.

З

а

д

а

н

и

е

д

л

я

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

В качестве задания студент берет:

• результаты анализа схемы электрической принципиальной прибора,

полученные в рамках выполнения лабораторной работы № 2

;

• результаты размещения компонентов на печатной плате, получен-

ные в рамках выполнения лабораторной работы № 7

;

• результаты моделирования теплового режима прибора в целом, по-

лученные в рамках выполнения лабораторной ра

боты № 8.

В качестве альтернативного варианта исходных данных студент полу-

чает от преподавателя эскиз сборочного чертежа печатного узла, мощности

тепловыделений на ЭРЭ, а также температурные условия (граничные усло-

вия) эксплуатации печатного узла в составе прибора.

П

о

р

я

д

о

к

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

1. Запустить ПК ТРиАНА, а зат

ем программу BoardEditor.

2. При помощи функции «Импорт» выполнить конвертацию схемы

размещен

ия ЭРЭ из файла pdf, полученного в результате выполнения

лабораторной работ

ы № 7.

3. Руководствуясь методикой подготовки данных средствами програм-

мы BoardEditor, изложенной в [15

; 16], ввести исходную информацию о:

• геометрических и теплофизических параметрах печатной платы

(рис. 4.3

);

• геометрических и теплофизических параметрах ЭРЭ [15, с. 401–418

]

(рис. 4.4

);

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Лабораторная работа № 9 Моделирование теплового режима печатного узла



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -83-

Рис. 4.3. Описание теплофизических параметров ПП

Рис. 4.4. Описание геометрических и теплофизических параметров ЭРЭ

• граничных условиях (определяются в результате моделирования те-

плового режима конструкции прибора в целом в рамках выполнения

лабораторной работ

ы № 8) [14, с. 321–323, 347–353] (рис. 4.5).

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Лабораторная работа № 9 Моделирование теплового режима печатного узла



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -84-

Рис. 4.5. Описание граничных условий ПУ

4. Выполнить моделирование теплового режима печатного узла по-

средством вызова математического ядра (triana.exe) из программы BoardEdi-

tor или в автономном режиме.

5. Используя функцию «Просмотр» программы BoardEditor, просмот-

реть все необходимые тепловые характеристики печатного узла для анализа

нормального теплового режима печатного узла [15, с. 31

] (рис. 4.6, 4.7).

а

Рис. 4.6. Результаты моделирования ПУ: а – температуры активных зон ЭРЭ;

б – термограмма; в – графики зависимости температуры ЭРЭ от времени

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Лабораторная работа № 9 Моделирование теплового режима печатного узла



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -85-

б

в

Рис. 4.6. Окончание

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Лабораторная работа № 9 Моделирование теплового режима печатного узла



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -86-

Рис. 4.7. Термограмма печатного узла, представленная в виде 3D-модели

6. В случае неудовлетворительного теплового режима печатного узла

внести изменения в его конструкцию и выполнить повторное моделирование

[15, с. 278–279

].

Т

р

е

б

о

в

а

н

и

я

к

о

ф

о

р

м

л

е

н

и

ю

о

т

ч

е

т

а

п

о

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

е

Отчет должен быть подготовлен в виде файла, сформированного в ре-

дакторе MS Word, и содержать следующие обязательные разделы: цель и за-

дачи лабораторной работы, задание для выполнения лабораторной работы,

краткую информацию о порядке выполнения лабораторн

ой работы, описание

результатов лабораторных исследований (геометрическая модель ПУ, подго-

товленная в программе BoardEditor, описание граничных условий, распреде-

ление мощностей на печатной плате, результаты моделирования теплового

режима пе

чатного узла в виде копий экранов, таблица с тепловыми режима-

ми работы ЭРЭ и интегральными тепловыми характеристиками ПУ, в случае

необходимости – перечень рекомендаций по улучшению теплового режима

ПУ), выводы по результатам моделирования.

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Лабораторная работа № 9 Моделирование теплового режима печатного узла



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -87-

К

о

н

т

р

о

л

ь

н

ы

е

в

о

п

р

о

с

ы

1. В чем заключается нормальный тепловой режим печатного узла?

2. Представить общий вид сеточной модели печатного узла.

3. Каким образом в модели учитываются способы крепления ЭРЭ к ПП?

4. Что такое коэффициент тепловой нагрузки ЭРЭ?

5. Каким образом вычисляет

ся интегральная температура печатного уз-

ла на основе сеточной модели?

6. Каким образом используется метод электротепловой аналогии при

формировании МТП печатного узла?

7. Как можно применить принцип симметрии при анализе теплового

режима печатного узла на основе сеточной модели?

Л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

а

я

р

а

б

о

т

а

№

1

0

А

н

а

л

и

з

п

о

к

а

з

а

т

е

л

е

й

н

а

д

е

ж

н

о

с

т

и

п

р

и

б

о

р

а

Ц

е

л

ь

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

Целью лабораторн

ой работы является закрепление теоретических зна-

ний в области анализа обеспечения показателей безотказности ПС автомати-

зированными методами.

З

а

д

а

ч

и

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

К за

дачам лабораторной работы относятся:

• освоение системных принципов при анализе обеспечения показате-

лей безотказности ПС;

• приобретение навыков выполнения на ПЭВМ расчетов по анали

зу

безотказности ПС.

К

р

а

т

к

и

е

т

е

о

р

е

т

и

ч

е

с

к

и

е

с

в

е

д

е

н

и

я

Основные св

едения о методах анализа показателей надежности ПС

по внезапным и постепенным отказам изложены в [14, с. 41–78

]. Описание

подсистемы АСОНИКА-К приведено в [14

], а также на сайте www.asonika-

k.ru. Пример обеспечения показателей безотказности прибора приведен в [14,

с. 418–452

].

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Лабораторная работа № 9 Моделирование теплового режима печатного узла



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -88-

З

а

д

а

н

и

е

д

л

я

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

В качестве задания студент использует:

• результаты анализа схемы электрической принципиально

й прибора,

полученные в рамках выполнения лабораторной работы № 2

;

• результаты моделирования теплового режима печатного узла, полу-

ченные в рамках выполнения лабораторной работы № 9

.

Дополнительно к указанной выше информации студент выбирает

из [18, гл. 4

] требования к показателям надежности для различных типов прибо-

ров.

В качестве альтернативного варианта исходных данных студент полу-

чает от преподавателя схему электрическую принципиальную прибора или

его функционального узла, перечень ЭРЭ, температуры ЭРЭ, а также требо-

вания к показателям надежности и условия эксплуатации прибора.

П

о

р

я

д

о

к

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

1. В соответствии с методик

ой подготовки данных выполняется разра-

ботка схемы расчета надежности прибора [14, с. 420–421

]. При помощи под-

системы АСОНИКА-К выполняется описание схемы расчета надежности, а

также расчеты значений эксплуатационных интенсивностей отказов состав-

ных частей или ЭРЭ [19

]. Расчет значений эксплуатационных интенсивно-

стей отказов выполняется на основе соответствующих моделей [12, с. 212–213

].

2. При помощи подсистемы АСОНИКА-К на основе подготовленных

данных выполняется анализ показателей безотказности прибора (см. рис.

6.19).

3. Результаты анализа показателей безотказности прибора сравнивают-

ся с требованиями, определенными в задании для выполнения лабораторной

работы.

4. В случае неудовлетворительных результатов вырабатываются пред-

ложения по повышению показателей надежности исследуемого прибора [14

].

5. На основе выработанных предложений корректируются исходные

данные и выполняется повторный анализ показателей безотказности прибора.

Т

р

е

б

о

в

а

н

и

я

к

о

ф

о

р

м

л

е

н

и

ю

о

т

ч

е

т

а

п

о

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

е

Отчет должен быть подготовлен в виде файла, сформированного в ре-

дакторе MS Word, и содержать следующие обязательные разделы: цель и за-

дачи лабораторной работы, задание для выполнения лабораторной работы,

краткую информацию о порядке выполнения лабораторн

ой работы, описание

результатов выполнения лабораторной работы (условная схема безотказно-

сти прибора, краткое описание мат

ематических моделей безотказности со-

ставных частей и/или ЭРЭ, входящих в состав прибора, параметры моделей,

результаты анали-

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Лабораторная работа № 9 Моделирование теплового режима печатного узла



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -89-

за показателей безотказности, в случае необходимости – перечень рекомен-

даций по повышению показателей безотказности прибора, результаты по-

вторных расчетов), выводы по результатам анализа.

К

о

н

т

р

о

л

ь

н

ы

е

в

о

п

р

о

с

ы

1. В чем заключается непрерывная информационная поддержка обес-

печения на

дежности прибора или его составных частей при проектировании?

2. Для чего необходимо построение условной схемы безотказности

прибора или его составных частей?

3. Каким образом в математической модели безотказности ЭРЭ учи

ты-

ваются дестабилизирующие факторы?

4. Какие методы повышения надежности приборов применяются на

этапе схемотехнического проектирования?

5. Какие методы повышения надежности приборов применяются на

этапе конструкторско-технологического проектирования прибора?

6. Каким образом в расчетах надежности учитываются результаты то-

пологического проектирования печатных плат?



Компьютерные технологии в приборостроении. Лаб. практикум -90-

5

.

С

О

З

Д

А

Н

И

Е

Т

Р

Е

Х

М

Е

Р

Н

Ы

Х

М

О

Д

Е

Л

Е

Й

Д

Е

Т

А

Л

Е

Й

И

У

З

Л

О

В

П

Р

И

Б

О

Р

А

Л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

а

я

р

а

б

о

т

а

№

1

Р

а

з

р

а

б

о

т

к

а

т

р

е

х

м

е

р

н

ы

х

м

о

д

е

л

е

й

к

о

н

с

т

р

у

к

т

и

в

н

ы

х

у

з

л

о

в

и

э

л

е

м

е

н

т

о

в

п

р

и

б

о

р

а

Ц

е

л

ь

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

Целью лабораторной работы является закрепление теоретических зна-

ний в области методов макромоделирования ПС.

З

а

д

а

ч

и

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

К за

дачам лабораторной работы относятся:

освоение методов макромоделирования ПС на примере исследований

на ПЭВМ макромоделей функциональных узлов прибора;

приобретение навыков выполнения проектных задач при помощи стан-

дартных средств компьютерного проек

тирования.

К

р

а

т

к

и

е

т

е

о

р

е

т

и

ч

е

с

к

и

е

с

в

е

д

е

н

и

я

Для получения знаний и навыков, необходимых для выполнения дан-

ной лабораторной работы, следует изучить гл. 2–5 (с. 22—109) и 7–9

(с. 127–224) в [16]

.

З

а

д

а

н

и

е

д

л

я

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

В качестве задания для выполнения лабораторной работы выступает

предоставленный студентом и утвержденный преподавателем эскиз проекти-

руемого прибора.

П

о

р

я

д

о

к

в

ы

п

о

л

н

е

н

и

я

л

а

б

о

р

а

т

о

р

н

о

й

р

а

б

о

т

ы

Порядок выполнения лабораторной работы рассмотрим на пример

е

создания 3D-геометрической модели одной из деталей бестрансформа-

торного блока питания с ис

пользованием CAD-системы SolidWorks 2007.

На рис. 5.1

изображена крышка проектируемого блока питания.

Далее последовательно рассмотрим операции по формированию дан-

ной 3D-геометрической модели.

Сарафанов А.В. Компьютерные технологии в приборостроении

Подождите немного. Документ загружается.