1 問題描述

下圖所示的電路板：包括三個在正常運行過程中產生熱量的芯片。只要在板上通上電源，一個芯片就能保持通電狀態，另外兩個芯片在不同的時間內，會周期性地激活和斷開能量。利用穩態熱分析和瞬態熱分析方法研究這些芯片所產生的熱量。

2 分析過程

2.1創建分析系統

建立一個與穩態分析相關聯的瞬態熱分析。啟動ANSYS Workbench，從工具箱中，將一個穩態熱系統分析拖到項目示意圖上。隨后將瞬態熱系統分析拖動到穩態熱系統分析處，使單元格2、3、4和6以紅色突出顯示。

釋放鼠標按鈕，完成穩態分析與瞬態分析的關聯。

2.2 導入幾何模型

在穩態熱分析示意圖中，右擊幾何Geometry，選擇Import Geometry。

2.3 網格劃分

設置特定的網格方法控制和網格大小來控制和確保良好的網格質量。

2.3.1 網格方法：

a．在目錄樹右擊Mesh選擇Insert> Method

b．在工具欄選中Edit> Select All來選擇全部實體

c．在明細欄，把Method設置成Hex Dominant,Free Face Mesh TypeAll Quad.

2.3.2 元件的網格劃分：

a．在目錄樹右擊Mesh選擇Insert> Sizing

b．首先用Body selection工具欄按鈕，然后按住Ctrl按鈕，單擊15個單獨的Body，選擇除board之外的所有Body。完成選擇主體后，單擊Details視圖中的Apply按鈕。

c．將Element Size從默認值更改為0.0009 m

2.3.3 板的網格劃分

a.在目錄樹右擊Mesh選擇Insert> Sizing

b.單獨選中板實體將Element Size從默認值更改為0.002m.

2.4 加載芯片的熱載荷

板上不斷通電的芯片產生的內熱載荷為5e7 W/m3。

用Body選擇的工具欄按鈕，單擊選擇如下所示的芯片。然后右擊Steady-State Thermal選擇Insert> Internal Heat Generation，在Magnitude輸入5e7

2.5 加載整個電路板的對流載荷

選擇全部實體，在Environment工具欄選擇Convection，導入溫度對流系數Stagnant Air - Simplified Case.

2.6 穩態結果

求解得到電路板的穩態溫度分布結果如下：

2.7 瞬態分析設置

瞬態持續時間為200s，設置如下：

2.8 添加第一個芯片的熱載荷

該芯片的通電時間在20到40秒之間，這段時間內產生的熱載荷為5e7 W/m3。如下圖所示：

右鍵Transient Thermal插入Internal Heat Generation，在Tabular Data輸入數據：

2.9 添加第二個芯片熱載荷

另一個芯片的通電時間在60到70秒之間，這段時間內產生的熱載荷為5e7 W/m3。如下圖所示：

右鍵Transient Thermal插入Internal Heat Generation，在Tabular Data輸入數據：

2.10 瞬態結果

在Solution插入Temperature，得到整個電路板全部時間歷程的溫度結果如下：

同理，可以得到芯片單獨的時間歷程溫度情況：

用chart展示三個芯片的溫度結果