[發明專利]一種星載產品結構參數的仿真優化方法

有效

• 申請號: 201510050445.5
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104573284B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 蔣德懷;劉德喜;于秀媛;夏毅平;王麗菊
• 申請（專利權）人: 北京遙測技術研究所;航天長征火箭技術有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 陳鵬

技術領域

本發明涉及一種星載產品的仿真優化分析方法，特別是一種采用ANSYS Workbench軟件對星載電子產品進行熱仿真分析并優化結構參數的方法，適用于星載電子產品的結構設計。

背景技術

最近幾年中國衛星的發射間隔越來越密集，對星上電子產品需求大量增加。尤其航天器上的電子產品長期處于真空環境下，周圍沒有空氣對流，熱量擴散主要靠傳導和對外輻射，容易造成電子產品工作溫度過高導致產品壽命降低甚至損壞。

以往工程師主要憑經驗設計電子產品的結構，導致設計效率低，可靠性不高，且設計流程不夠規范。面對日益復雜的電子設備和眾多的熱源，很難保證電子產品熱設計的可靠性，而且整個設計過程耗時較長，難以滿足眾多的市場要求。如何能夠在短時間內設計出適應市場需求的高質量星載電子產品，對航天器的在軌長時間可靠工作具有重要的意義。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有星載電子產品結構設計效率低、可靠性不高和結構笨重等問題，提供提出了一種基于ANSYS Workbench對星載電子產品結構進行熱仿真并優化的方法。

本發明的技術解決方案是：一種星載產品結構參數的仿真優化方法，包括如下步驟：

(A)在Pro/E中建立印制電路板和支撐殼體的三維模型；所述的支撐殼體包含用于安裝印制電路板的凸臺，所述的印制電路板包含覆銅以及穩壓塊和電阻兩類發熱器件，所述的印制電路板通過安裝螺釘固定在凸臺上；

(B)將Pro/E中建立的三維模型導入到ANSYS Workbench中，并設定凸臺的直徑變化范圍，以及支撐殼體、安裝螺釘、印制電路板、覆銅、穩壓塊和電阻的材料；

(C)在ANSYS Workbench中根據凸臺的直徑變化范圍對凸臺的直徑、三維模型的總質量以及印制電路板的最高溫度分別進行參數化；

(D)設定穩壓塊和電阻按照各自的額定功率進行工作，通過仿真得到凸臺的直徑和三維模型總質量之間相互關系的第一函數曲線，以及凸臺的直徑和印制電路板的最高溫度之間相互關系的第二函數曲線；

(E)在運載允許的三維模型總質量最大值范圍內，查找第一函數曲線得到相應的凸臺的直徑，然后根據凸臺的直徑查找第二函數曲線得到相應的印制電路板的最高溫度值；

(F)判定步驟(E)得到的印制電路板的最高溫度值是否符合熱控要求，如果符合要求則減小凸臺的直徑，重復步驟(E)得到符合熱控要求前提下，三維模型總質量最小時所對應的凸臺直徑作為最終加工尺寸輸出；如果不符合要求則重新調整凸臺的直徑變化范圍，并重復步驟(C)～(E)得到符合熱控要求前提下，三維模型總質量最小時所對應的凸臺直徑作為最終加工尺寸輸出。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)本發明方法在Pro/E中設計并簡化產品三維模型，通過去掉不必要的倒角和模型特征，提高了ANSYS Workbench模型網格劃分所需要的時間并提高了仿真的精度，進而提高了仿真的效率和準確性；

(2)本發明方法由于模型采用參數化的設置，可以得到一系列的溫度、質量的數值，并在此基礎上擬合成相應的函數曲線，通過對各個參數的均衡處理，可以快速選取得到最優的設計；

(3)本發明方法通過ANSYS Workbench優化可以將最終凸臺直徑參數實時反饋到相應的結構模型，通過直接修改相應三維結構模型并再次進行仿真優化，可以大大減少重新建模的時間，提高設計效率和可靠性；與此同時，本發明方法最終確定的產品結構參數即為滿足運載要求的產品最小質量，可以減輕運載負擔；

(4)在本發明方法的基礎上，通過增加相應邊界條件，如：空氣對流、材料、電路板器件分布參數等，即可廣泛應用于地面、艦載和機載的電子產品的結構設計，提高產品的設計效率和可靠性。

附圖說明

圖1為本發明方法所涉及的電子產品結構示意圖；

圖2為本發明方法所涉及的印制電路板的結構示意圖；

圖3為本發明方法的流程框圖。

其中1為支撐殼體，2為安裝螺釘，3為印制電路板，4為支撐殼體上的凸臺，5為印制電路板上的覆銅，6為穩壓塊，7為電阻。

具體實施方式

本發明的方法主要考慮如下幾個因素：