写完Icepak热阻仿真教程后一直想写一篇关于网格划分的文章,今天终于抽出时间兑现承诺。
声明:
本文主要是针对Icepak初学者,向其介绍网格划分的基本参数设置方法,以便帮大家快速掌握基础以应对工作需要
本文虽是基于Ansys Electronics Desktop平台软件进行介绍,同样适用于Ansys Workbench平台的Icepak,二者理念是一致的
若觉得本文讲得太浅,推荐大家研究"王永康"老师编著的《ANSYS Icepak电子散热基础教程》
Ansys Electronics Desktop平台下的Icepak网格设置给出了两种方式,"General"和"Advanced","General"为默认设置,从粗糙(Coarse)到细密(Fine)一共分为5个等级,这个模式下网格设置极为简单,但有两个问题,一是对电脑配置要求较高,否则网格划分时电脑计算时间会超长,甚至死机;二是电脑毕竟是程序化的,面对千变万化的应用场景,它不知道工程师的关注点在哪里,因此很多时候会出现该细的地方粗,该粗的地方细的状况。
而比较推荐大家使用的,则是"Advanced"模式。
"Advanced"模式下的网格设置共分为4大块,最大单元尺寸(Maximun Element Size)、最小间隙(Minimum Gap)、网格参数设置(Mesh Parameters)以及多级网格设置(Multi level meshing)。接下来我们一项一项介绍。
最大单元尺寸(Maximun Element Size):顾名思义则为X、Y、Z方向上的最大网格尺寸。"王永康"老师的《ANSYS Icepak电子散热基础教程》中对该项的建议是求解域X、Y、Z三个方向尺寸的1/20~1/40,这个只是教程中的一个推荐尺寸。我们都知道网格越密计算结果越准确,但同时计算量也会大大增加,很多初学者觉得只要结果正确,计算量大一些无伤大雅,其实不然,计算量过大,很容易导致软件卡死,试想一下,辛苦等了大半天的计算结果,最后临门一脚,死机了,这是何等绝望。
而正确的选择方法则是,按照教程中的推荐值,逐步增大"最大单元尺寸"至结构不失真为止,然后进行计算,记录计算结果,然后加密最大网格尺寸(建议为前一次结果的1/2),再进行计算,当两次计算结果一致时,即找到了"最大单元尺寸"的临界值。这是一个一劳永逸的过程,虽说封装形式数不胜数,但在任何一家企业,常接触的也就那么几种,找到临界值记录下来,后续即可在相似的产品上直接套用。
最小间隙(Minimum Gap):我们先看一下官方的解释——如果两个面之间的尺寸小于此值,则相应的间隙则被自动删除,如果模型中有小于该尺寸的几何模型,则该几何模型也将被删除。好一个不讲道理的设置,通常仿真模型都是我们自己建的,因此给出间隙的部分也都是需要去考虑其影响的,因此这项通常我都会给一个绝对意义上的最小值。看到这里大家应该明白为什么"IC封装热阻Rja仿真教程"一文中该项设置是1um了。
网格参数设置(Mesh Parameters):我们逐一对几项参数做个解释
"Min. elements in gap"——两模块空隙中的最小网格数
"Min. elements on edge"——模型中各边上的最小网格数
"Max size ratio"——网格增长的速率,指的是连续的网格由小变大过程中的一个变化速率,数值越大,网格尺寸变化得越快,网格越粗;数值越小网格尺寸变化越慢,网格越密。
以上这三个参数教程中也给出了比较明确的建议参数,也就是下图的3、2、2,目前博主还没遇到过需要调整这三个玩意的情况,大家后续遇到了可以自己玩一玩。
"No O-Grids"——O-Grids指的是圆弧特征的网格,加个NO就表示否定,仿真模型中圆弧特征的模型还是比较多的,因此这项也就没必要勾选了
"Allow stair-stepped meshing"——对模型划分阶梯网格。该设置要求所有的网格均垂直正交,也就是划分出来的网格会仅使用无数个正方形或矩形来组成,这种方式对圆弧状模型是极不友好的,因此通常不去使用。
"Enable min. gap override"——字面意思是允许最小间隙覆盖,简单试了下也没试出来其含义,默认是勾选项,目前也没遇到过需要更改这项的情况,暂时先不予理会。
多级网格设置(Multi level meshing):这项功能教程里面写得比较复杂,经过多次尝试也不能很好的验证。没搞明白,就不能乱说以免教坏小朋友。目前博主把“Multi level meshing”和"MeshOperation"结合起来当成单独给模型加密的功能在使用.
在上图"Enable"功能选中后,参考"IC封装热阻Rja仿真教程"一文中"JEDEC_Board网格加密"设置(如下图),对选中模型可进行等级加密,0级则为"Maximun Element Size"中网格大小,1级为0级的1/2,2级为1级的1/2,以此类推。
"Enforce MLM in all Objects"——字面意思为允许多级网格设置应用于所有工程(Ansys Electronics Desktop可同时建立多个工程计算),因此这项不重要,使用默认即可。
"Uniform mesh parameters"——打开该项则可减小总体网格数量,选择"XYZ Max. Sizes" 可以使网格贴体度更好。
结合"IC封装热阻Rja仿真教程"一文对比浏览,当你发现文中有些设置可有可无的时候,你就可以轻松应对平时的热阻仿真任务了。