ansys仿真條件設(shè)置的案例
仿真技巧 | Ansys Fluent關(guān)于操作條件的設(shè)置
Ansys Fluent中的操作條件（Operating Conditions）并不在左側(cè)結(jié)構(gòu)樹中進(jìn)行設(shè)置，是很多用戶容易忽略的一個地方，而操作條件沒有設(shè)置好或者是理解不夠，會造成計(jì)算誤差變大、出現(xiàn)一些看似“奇怪”的結(jié)果。
在Ansys Fluent中Ribbon欄里，通過Define標(biāo)簽頁下的Operating Conditions中可以進(jìn)入設(shè)置。操作條件對話框中顯示需要設(shè)置2個條件，分別是壓力和重力。
1、壓力中可以設(shè)置浮動操作壓力、操作壓力、參考點(diǎn)位置
Operating Pressure，F(xiàn)luent計(jì)算都是通過表壓進(jìn)行的，也就是必須要設(shè)置一個操作壓力。總壓等于操作壓力加上表壓：
對于低馬赫數(shù)的可壓縮流動中，流場中涉及到的表壓的計(jì)算通常比總壓小很多，在壓降整體較小的時候，采用總壓計(jì)算會造成較大的舍入誤差，對于不可壓理想氣體而言，操作壓力直接參與到流動介質(zhì)的密度計(jì)算，設(shè)置合理的操作壓力能保證密度的正確計(jì)算。
在高雷諾數(shù)的可壓縮流中，操作壓力不是那么重要，因?yàn)檎w的壓降太大，舍入誤差的影響很小，所以在這類問題中使用總壓來進(jìn)行計(jì)算，也就是操作壓力設(shè)置為0。
操作壓力的選擇基于馬赫數(shù)以及流體介質(zhì)密度的計(jì)算方式，下表給出操作壓力推薦的設(shè)置場景：
Floating Operating Pressure（未在對話框中顯示） 用于計(jì)算瞬態(tài)可壓縮流，在計(jì)算過程中調(diào)整區(qū)域內(nèi)的參考壓力，這個選擇對于計(jì)算域內(nèi)存在壓力整體增大的時候是有效的，典型應(yīng)用的例子包括氣體在封閉區(qū)域的燃燒和加熱，氣體泵入密閉空間中。
展開 仿真技巧 | Ansys HFSS 3D Layout中設(shè)置邊界條件的方法
2、Layer Stack中的邊界條件設(shè)置
在Layer Stack中對于邊界條件的設(shè)置都位于Analysis區(qū)域，如下圖，包括Etch，Rough和Solver三個部分，對每一個金屬層，都可以指定這三項(xiàng)設(shè)置。
? Etch：控制本層的橫截面形狀。
Etch factor（蝕刻因子）定義如下：
etch_factor = layer_thickness / (bottom_dimension - top_dimension) / 2
當(dāng)top值大于bottom時，蝕刻因子為負(fù)，top值小于bottom時，蝕刻因子為正。在HFSS中，只有信號層具有蝕刻因子，介質(zhì)層和負(fù)信號層不具有信號因子。
? Rough：設(shè)置本層的金屬表面粗糙度。
金屬表面粗糙度與傳導(dǎo)損耗有關(guān)。其中Top，Bottom和Side的表面粗糙度都可以獨(dú)立設(shè)置。對于Groisse模型，可將表面粗糙度模型定義為值或變量，Groisse是傳統(tǒng)模型，不具有因果性，僅適用于頻域計(jì)算。最大阻抗倍增因子限制為2，對應(yīng)高度拋光導(dǎo)體表面。傳統(tǒng)項(xiàng)目默認(rèn)使用Groisse模型。對于Huray模型，還需要設(shè)置Nodule radius和Hall-Huray surface ratio。Huray模型具有因果性。
? Solver控制HFSS 3D Layout在低頻時對本層金屬的處理方法。
推薦使用DC thickness，并設(shè)置為Effective，可以在只使用面網(wǎng)格的情況下，準(zhǔn)確計(jì)算金屬的低頻損耗。
文章來源于南京安世亞太，作者朱秀珍
展開 有限元仿真分析誤差來源之邊界條件設(shè)置-動載荷
這樣動應(yīng)力為
而靜應(yīng)力為
因此就會有
圖 2設(shè)置
大家可能會疑惑為什么要設(shè)兩個加速度條件？即標(biāo)準(zhǔn)重力加速度和加速度，設(shè)一個加速代替兩個不行嗎？可以，但是要注意方向。workbench中的Acceleration是利用達(dá)朗貝爾法將動力學(xué)變成靜力學(xué)，也就是施加一個和加速度方向相反的慣性力。而Standard Earth Gravity施加沿重力加速度方向的重力。
圖 3仿真結(jié)果
和理論計(jì)算值相差1%。也就是有加速度動載荷之后，應(yīng)力變大。
但事實(shí)卻不是這樣。我們分析這個問題，其實(shí)通過達(dá)朗貝爾法已經(jīng)將動載荷轉(zhuǎn)化為靜載荷了，這個時候載荷是不隨時間變化。而沖擊載荷實(shí)際上是隨時間變化的外載荷。那隨時間變化載荷，計(jì)算的應(yīng)力是變大還是變小呢？
二、動力學(xué)分析
載荷隨時間變化，那么就要搬出大家最熟悉的公式了。
省略拉氏變換和反拉氏變換的推導(dǎo)過程，直接得到結(jié)論如下。
圖 4仿真結(jié)果
可以看出當(dāng)載荷頻率很高，遠(yuǎn)離受試產(chǎn)品的固有頻率時，引起的響應(yīng)很小。上圖是針對單自由度系統(tǒng)，現(xiàn)實(shí)中都是多自由度系統(tǒng)，即受試產(chǎn)品具有無窮多階固有頻率。
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<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202404/attachment/b577a553357546739e02b7d43e7e160f.jpg" style="text-align: center">
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仿真技巧 | Ansys HFSS 3D Layout 端口設(shè)置（上）
Ansys HFSS 3D Layout中，端口類型按照外形劃分，主要有三種：Edge類型端口，同軸類型端口和Circuit端口。其中Edge類型端口主要用于走線和矩形焊盤位置的端口設(shè)置；同軸類型端口主要用于Solder Ball和圓形焊盤等位置的端口設(shè)置；Circuit端口主要用于集總器件或者S參數(shù)模型的連接。
1、在端口的建立方法上，HFSS 3D Layout和HFSS不同。HFSS中需要用戶自己繪制端口的形狀，然后定義為Wave Port或Lumped Port，而在PCB上定義端口時，用戶需要準(zhǔn)確計(jì)算PCB疊層之間的距離以保證端口邊緣與上下疊層對齊，因此在HFSS中定義PCB端口過程較為繁瑣。在HFSS 3D Layout中，用戶不再需要自己繪制，可以通過軟件上的選擇和設(shè)置來完成，端口建立過程十分簡單。
2、Port建立完成之后，點(diǎn)擊該P(yáng)ort，在屬性窗口中會顯示它的EM Design信息，可以修改調(diào)整Port的屬性，包括類型、大小、參考面等。
HFSS 3D Layout的Edge端口和同軸端口是按照外形劃分的，從本質(zhì)上講，它們都屬于HFSS中的Wave Port或Lumped Port，在HFSS 3D Layout中設(shè)置端口的時候也要考慮到這兩種端口的特征和適用場景，選擇最合適的端口。用戶可在屬性窗口中修改端口類型，點(diǎn)擊上圖中的HFSS Type參數(shù)，不同情況下可能會出現(xiàn)Gap、Wave、Circuit等選項(xiàng)。Gap就是Lumped Port，Wave是Wave Port，Circuit表示Circuit端口。若從Gap修改為Wave，端口大小會發(fā)生變化。
展開 仿真技巧 | Ansys HFSS 3D Layout 端口設(shè)置（下）
Ansys HFSS 3D Layout中，端口類型按照外形劃分，主要有三種：Edge類型端口，同軸類型端口和Circuit端口。其中Edge類型端口主要用于走線和矩形焊盤位置的端口設(shè)置；同軸類型端口主要用于Solder Ball和圓形焊盤等位置的端口設(shè)置；Circuit端口主要用于集總器件或者S參數(shù)模型的連接。
同軸類型端口設(shè)置：
同軸類型的端口主要用于批量設(shè)置器件引腳的端口，如BGA器件等，也可以在過孔處設(shè)置端口。由于器件一般包含多個引腳，如果每個端口都需要單獨(dú) ，工作量較大。因此對于多引腳的器件，設(shè)置端口的基本思路是：在器件上方或者下方生成PEC平面，各引腳通過生成solder ball與PEC平面相連，然后在信號引腳的solder ball上建立同軸端口，參考為PEC平面。其它參考引腳（如GND）的solder ball保持與PEC連接，這樣所有的參考信號引腳都通過PEC面短路了起來，形成了一個良好的參考面。基于這樣的思路，HFSS 3D Layout提供了能夠快速設(shè)置器件引腳的同軸端口的方法。
首先查看端口的器件類型是否為IC，如果不是IC，最好修改為IC，這一步可以在Components窗口中完成。
然后選中該器件，在屬性菜單中點(diǎn)擊Model Info，會彈出Component Model窗口。
Component Model中可以設(shè)置要生成的solder ball的屬性，形狀、直徑和高度等。點(diǎn)擊確定完成solder ball設(shè)置。
完成之后的器件如下：
各個管腳都生成了solder ball，同時生成了PEC參考面。
展開 Ansys Speos | 視覺模擬仿真中，Natural Light 易被忽略的參數(shù)設(shè)置
如果忘記修改natural light中的with sky為false，依然時true激活的狀態(tài)，那么仿真natural light 和environment的共同結(jié)果將會出現(xiàn)natural light的天空和environment與黑色地面作用的場景。
現(xiàn)在我們知道了在使用natural light仿真中出現(xiàn)的一些特殊狀況，如何修改視角調(diào)整天空和地面的大小，如何natural light和environment配合使用，當(dāng)然最重要的是，當(dāng)出現(xiàn)本文中任何一種狀況，可以調(diào)整sensor或者natural light的參數(shù)進(jìn)行合適的人眼視場和場景條件。
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