6SigmaET練習教程

admin 2017-05-28

步驟8：在版本樹中新建一個含輻射的版本

步驟9：打開輻射選項并進行計算：
在新版本的模型樹選中Solution Control節點，在其屬性表中將輻射選項打開，在新版本中做出的更改不會影響原來的版本。

步驟10：檢查含輻射版本的計算結果：

可以看出加上輻射后，塊的表面溫度降低了30℃左右。由此可見，在自然散熱模型中，為保證計算的準確必須要考慮輻射的影響。
步驟10：多任務并行計算及多核計算：
上面的計算是分別計算含輻射和不含輻射的模型，6SigmaET也可以同時將多個任務進行計算，而且可以為每個任務分配多個CPU核心，從而加快了計算的速度。
點擊主具條中的按鈕，在彈出的對話框中選擇Add Project，將多個版本的模型添加進來；
為每個任務分配用于計算的CPU核心數。

如果只有一種方案的話，也可以給其分配多個核心進行計算。

步驟11：多方案計算結果的比較：
點擊工具欄上的帶有“1234”字樣的按鈕。可以在同一窗口中對兩種方案進行比較。

練習6 瞬態分析
介紹
本練習演示了如何模擬瞬態問題。通過這個練習你可以學到：
如何進行瞬態設置；
如何顯示不同時間的瞬態結果。

問題描述：
本問題為練2中刀片式服務器沿法向安裝于一個服務器箱體內，刀片式服務器主要由PCB、芯片、散熱器和子卡組成，箱體采用風扇驅動氣流散熱。

在前面的練習2中我們已經完成了刀片式服務器的仿真，如果我們需要了解該設備在某一時間點的溫度分布情況，那么我們就需要進行瞬態分析的設置。設置步驟如下：
首先右鍵單擊Version Tree中2m/s的圖標，在彈出菜單中選擇“Create New Version”：

然后在Model Version對話框中的Label中輸入“Transient”，點擊OK。

選中Model Tree中的Blade Server Tutorial?Cooling?Solution Control：

此時在Property Sheet當中就會出現如下設置：

其中Transient即為瞬態計算的設置，默認為關閉狀態（No）
點擊“Transient”選項前面的三角形圖標，展開此瞬態計算的選項，將“Time Varying”設置為“Yes”之后就會出現更詳細的設置：

將“Total Simulation Time”設置為60s。其它選項保持默認不變。
點擊工具欄上的Predict Temperature圖標，打開CFD Progress Window，點擊Start開始求解。
當計算完成后，點擊多視圖工具欄中的圖標，在列表中選擇SurfaceTemperature，將顯示所有PCB、芯片、散熱器和其他安置于它們上面的物體的表面溫度，如下圖所示：

在模型窗口任意空白處點擊右鍵，選擇“Select Time Step…”

在彈出的對話框中可以選擇不同時間（秒數）來觀察在某一秒鐘時溫度的分布情況：

練習7 熱管散熱
介紹
本練習演示了如何用6SigmaET創建熱管散熱模型。
問題描述：
本問題的計算域中包括一個PCB、CPU芯片和CPU風扇，系統內的流動屬于湍流。在本練習中，你會增加一個散熱器，并通過熱管連接到CPU芯片。模型如下圖所示。

步驟1：創建一個新的項目
啟動6SigmaET，點擊菜單欄File/New或常用工具欄建立一個新的模型。點擊菜單欄File/Save As，給定一個項目名稱為Heatpipe Tutorial；
步驟2：創建Chassis
在本例中，我們創建Chassis作為求解域和作為機殼。尺寸如下：

步驟3：創建PCB
在模型樹中選中Chassis節點，會出現在其上可以建立的子項目的工具條。點擊PCB圖標：

步驟4：調整PCB的大小和位置
在屬性表中將PCB的參數設為如下圖所示：

步驟5：建立芯片槽座
在模型樹中選中PCB節點，出現能在其上建立的子項目的工具條，點擊Chip Socket：

在Chip Socket的屬性表中將其參數調整如下圖所示：

步驟6：建立芯片
同樣，在模型樹中選中Chip Socket節點，會出現在其上能建立的子項目的工具條，點擊Chip：

在Chip的屬性表中調整其各項參數如圖所示：

步驟7：建立CPU風扇和排風扇
在模型樹中選中Chassis Top Side，點擊新一個軸流風扇，

CPU風扇的參數如下：

其具體的風扇曲線如圖：

同理，在模型樹中選中Chassis Rear Side，新建一個排風扇，排風扇的參數如下圖所示：

其風扇的特性曲線如圖所示：

步驟8：建立進氣孔
首先在模型樹中選中Chassis Front Side，在彈出的工具條中選擇Vent圖標：

在新建立的Vent的屬性表中設置其參數：

在Chassis Left Side和Chassis Right Side上用同樣的方法建立兩個開孔。其參數分別如下所示：

步驟9：建立芯片和芯片槽座材料

兩種材料的詳細參數按如下表所示設置，：

建立完畢后，在Chipsocket的屬性表中Material節點后雙擊，將新建立的材料賦給Chipsocket。

用同樣的方法將新建的Chip材料賦給Chip。
步驟10：設置求解條件開始計算

我們將目標網格數設為40萬，由于此模型比較簡單，可以看出只生成了14萬左右。
步驟11：查看計算結果
點擊PCB Plot，依次選擇Cooling System?Surface Temperature。

可以看出芯片溫度約為110℃左右。

步驟12：添加熱管
為了以后便于比較加不加熱管的效果，我們在版本樹中新建一個版本，為了區別可以為這個版本取一個名字：

在模型樹中選中Chassis節點，建立一個散熱器：

設置散熱器的參數如圖所示：

在模型樹中選中Heatsink節點，新建一根熱管。

新建熱管的材料，將其設為各向異性。

熱管的參數如下：

調整熱管的方向，最終模型的效果如圖所示，建模完畢后視圖區下方出現錯誤提示，一個是風扇有所阻塞，一個是熱管與Chip沖突，這都是正?，F象不影響計算，可以忽略它們。

步驟13：進行計算并查看計算結果
求解設置如前面所述，在此不再重復。利用同樣的方法查看PCB上的溫度分布：

通過比較可見，加了熱管后Chip的溫度有了很大改善。
練習8 帶有離心風機的管道設備
介紹
本練習演示了如何利用6SigmaET的管道功能建立某不規則外形的設備，并使用戶熟悉離心風扇（Radial fan）的建模。該模型是用一個離心風扇和三節變尺寸的管道組成的，如下圖所示，離心風機安裝于管道出口處，空氣從設備上的開口進入從風機的邊緣排出。

步驟1：創建一個新的項目
啟動6SigmaET，點擊菜單欄File/New或常用工具欄建立一個新的模型。點擊菜單欄File/Save As，給定一個項目名稱為Radial Fan Tutorial；
步驟2：創建Chassis
創建一個Chassis,尺寸如下，作為機柜所在的環境：

步驟3：創建Cooling duct
本例中，機柜是一個不規則的形狀，我們用Cooling duct來建模。在模型樹中Chassis節點上右鍵單擊，選擇New?Cooling duct。

在上一步驟中選中Cooling duct后，視圖區單擊A鍵切換到俯視圖。光標將變成十字形，單擊一下將生成duct的起點，沿一條斜線再單擊一下，則左邊模型樹中將生成兩個相互垂直的段Cooling duct segment 0和Cooling duct segment 1。

刪除Cooling duct segment 1，只保留水平的一段Cooling duct segment 0。在模型樹中選中Cooling duct 1，在其屬性表中選擇其形狀為Rectangular，將Start X，Start Y，Start Z分別設為2395mm，4316mm，6957mm：

更改Cooling duct segment 0的屬性：Size Definition改為Local，Width 1.2m，Height 0.3m，End XYZ Location分別為4952mm，4316mm，6957mm。

用鼠標再畫兩段管道，共生成3個segment：

生成3段管道后，仔細檢查，確保它們的屬性值如下所示：

步驟4：創建開孔
在Cooling duct 1 Segment 0上右鍵菜單中新建Vent:

調整其大小及位置如下：Rectangular，100mm*300mm，Top，Offset 1=2300mm，Offset 2=800mm。

用陣列功能生成共10個開孔：

在模型樹中選中所有開孔，按Ctrl+D，則會在相同位置生成相同數量的復制品。將新生成的10個開孔的屬性表中Placement節點下Side一項選為Bottom將新生成的10個孔移至下表面。

步驟5：創建一個離心式風扇
先按如下所示在風扇的屬性表中設置風扇的尺寸，風扇的位置默認是在原點。

我們調整風扇的朝向，最終將使風扇的轉動軸與X軸平行。先在視圖區按L，即選擇左視圖，然后左鍵按住角度調整箭頭，當風扇變為豎直方向后松手（或者在箭頭上右鍵，在出現的對話框中輸入旋轉角度）。

在視圖區按A，即選擇模型的俯視圖。和上一步驟的操作類似，將風扇調整到如下朝向：

輸入風扇流量曲線：

步驟6：將機柜的右邊與風扇對齊
先選中segment 2，按住Ctrl再選中風扇。在右鍵菜單中選擇Align。

在彈出的Align對話框中做如下選擇：

結果如下：

再調整風扇沿X軸方向的位置，使風扇與segment 2對齊。

最終效果如圖所示：

步驟7：創建出風口
在segment 2上新建一個Vent，在屬性表里將形狀設為圓形，直徑設為和風扇入風口一樣即350mm，使用對齊功能將出風口和風扇的進風口對齊。

步驟8：設置求解方式和網格并進行計算
本例中我們要查看的只是各孔的流量，模型內并沒有發熱元件。因此，在Solution Control(求解控制)的屬性表里，將Solution Type更改為Flow Only。將目標網格數設為40萬。

設置完畢后，點擊窗口上方的工具欄中雪花形狀的按鈕進行計算：

步驟9：查看計算結果
在主工具欄中選擇按鈕，依次選擇Cooling System ? Outflow。

利用注釋功能在視圖區標注各孔的流量

可以看出各孔流量的大致規律：靠近風機的進風量要大些，越遠越小。

查看動態煙線圖，同時選中各孔和風扇，在出現的工具提示中選擇，即在這
些流動的關鍵區域添加Streamline，然后點擊快捷圖標欄中的播放按鈕即
可查看空氣運動軌跡。

練習9 IDF文件的導入
介紹
由于PCB板的結構越來越復雜，PCB板上的模塊也越來越多，直接對PCB板上發熱模塊及器件進行建模將極大的影響建模效率，6SigmaET可以通過導入IDF文件，提高建模速度。
通過這個練習你可以學到如何導入含PCB板上模塊信息的IDF文件及相關的操作，模型如下圖所示。

步驟1：創建一個新的項目
啟動6SigmaET，點擊菜單欄File/New或常用工具欄建立一個新的模型。點擊菜單欄File/Save As，給定一個項目名稱為IDF Import Tutorial；
步驟2：建立Chassis
尺寸為31.3mm*90.68mm*174mm：

步驟3：導入IDF文件

步驟4：設置導入選項

可以看到，導入IDF文件后，元件的名稱、類型、功耗以及熱阻模型也都導入了進來。用戶還可以根據高度、尺寸、功耗制定導入的規則，以及是否導入Vias等。

步驟5：調整PCB的方向和位置

導入后PCB的朝向如圖所示，利用旋轉箭頭將它旋轉到豎直方向。然后在左邊模型樹中先選中Chassis再選中PCB,在右鍵彈出菜單中選擇Align，即對齊功能：

在對齊對話框中將二者體中心對齊：

步驟6：查看板上的器件名稱及功耗分布情況
在工具欄中有個“A”字樣的按鈕，是用來對圖形做一些標注，以便于用戶觀看，選中PCB?Reference Designator，則繪圖區每個元件上面會顯示其標識。再選擇PCB繪圖按鈕，選擇Power選項：

最終效果如圖所示：

步驟7：將發熱元件的功耗進行調整
在本例中，器件分為3類：Capacitor，Resistence，Component。前兩類是不發熱的，Component也只有一部分是有功耗的。由于原文件中它們的功耗都太小，我們將它們的功耗的數值調大一些。首先利用查找功能將這些發熱的Component找出來。
在視圖區空白處單擊鼠標左鍵一下，這樣做是為了不選中任何物體。然后在工具欄單擊望遠鏡樣式的圖標，在整個模型中查找發熱的Component。這些Component共有兩種類型的功率因子，100%和150%。對于功率因子為100%的，將功率因子調整為10000%，對于功率因子為150%的，將功率因子調整為15000%對我們將在彈出的對話框中，依次選擇如下選項：

查找完畢后，在模型樹中就會出現符合條件的器件：

在屬性表中將功率因子改為15000%：

利用同樣的搜索方法，將功率因子為100%的元件進行更改：

步驟8：建立Test Chamber
在模型樹中選中ET Project，在工具欄中選擇建立Test Chamber功能。

調整Test Chamber的尺寸：

先選中Test Chamber，再選中Chassis，利用Align功能將它們體中心對齊。效果如圖所示：

步驟9：創建開口并設定邊界條件
選中Chassis的前后兩個面，并將它們卸載，也就是將Chassis的前后兩個面設為完全開口。

選中Test Chamber的前面，將它的屬性設為如下所示：

將后面設為如下所示邊界條件：

步驟10：設定網格并開始計算
網格數設定為400000，然后點擊工具欄中的雪花狀的按鈕Predict Temperature進行計算。
步驟11：查看計算結果
點擊工具欄的“A”字樣的按鈕，進行如下選擇：

各元件表面的溫度分布如下圖所示：

練習10 電子器件封裝
介紹
本練習展示了如何用6SigmaET模擬電子器件封裝，通過這個練習你可以學到：
創建不同詳細程度的印制板（PCB）、各種不同封裝形式的芯片（Chip）和器件（Component）、測試環境（Test Chamber）；
運行計算及檢查計算結果。

問題描述：
本問題對一種PBGA(Plastic Ball Grid Array)封裝建立詳細模型，在一個JEDEC標準環境內對其進行熱模擬，獲得封裝內部溫度分布的詳細信息。

步驟1：創建一個新的項目
啟動6SigmaET，點擊菜單欄File/New或常用工具欄建立一個新的項目。點擊菜單欄File/Save As，給定一個項目名稱為Tutorial13 PBGA。
在模型樹中選中ET Project 節點，并在屬性表中將Name改為PBGA Tutorial。

步驟2：創建Test Chamber
使用Test Chamber模擬一個JEDEC標準環境。
選中Model Tree中PBGA Tutorial節點；
點擊圖形顯示區右側模型工具欄中的New Test Chamber圖標；
展開Geometry節點，并將Height、Width和Depth均設為304mm；

為Chamber的6個面賦予材料，首先選擇模型樹里的Materials節點，右擊New?Material：

材料的屬性值如下：

建立測試環境，選擇模型樹里的Cooling，右擊New?Environment：

輸入屬性值如下：

現在模型樹里展開Test Chamber節點，選中所有6個面，在屬性列表里，把Side Type設為Wall；Thickness設為3.175mm；Material設為剛才新建的wall；Environment設為Test Chamber Open Environment。

至此，Test Chamber環境搭建完畢，看起來如下：

步驟3：創建PCB
現在我們來創建PCB。
右擊模型樹中Test Chamber，選擇New?PCB。
屬性表里的各項如下：

PCB的Shape設為Rectangle；寬度，深度，和厚度按上圖所示數值設定。
PCB的放置位置即Placement也按上圖數值設定。
在Construction里，默認設定Conductor Material為Copper，Pure；默認設定Dielectric Material為FR4；保持默認設定即可。
Modelling Level里有如下選項：

從上到下是不同的簡化程度，如果您的PCB屬性比較簡單則選擇簡單模型即可。這里我們使用最詳細的建模，我們的PCB里有4層覆銅較多的導熱層，我們建立模型一一對應，所以這里選擇Explicit Layers。
如果中間的導熱層不是均布的，那么請設定Distribute Layers為User Specified。
因為導熱層是4層，所以設定Number Conductor Layers為4。現在在模型樹的PCB下面會出現Layers，這里可以對每一層導熱層進行設置：

選擇第一個PCB Conductor Layer，設定屬性表參數（位置，厚度，覆銅率）如下：

同理，第二層參數如下：

第三層：

第四層：

對PCB的設置已經完成。在PCB上能很方便的建立簡單的器件模型，右擊PCB，選擇New?Chip，屬性表里的選項如下：

在Construction下的Package Style里有很多封裝類型，可以根據你的具體實際選擇：

外殼類型Case Type也有不同，塑料的，陶瓷的或其他：

Modelling Level可以是簡單模型或則熱阻模型：

材料可以選擇庫里的，也可以自定義。在Power里可以設定你的器件功耗。
因為我們將會建立非常詳細的器件模型，包括它的內部結構，所以這里不采用Chip建模。在這里當你想屏蔽掉一個對象（不是隱藏）時，請右擊它選擇Uninstall。
現在PCB的模型已經建立完畢，從側面看應該是這樣的：

步驟4：創建PBGA
現在進入創建PBGA器件詳細模型的階段：
由于結構復雜，層數眾多，材料各不相同，所以我們先集中把材料屬性建立好（共9種），到后面給每一層建模時，直接選擇即可。
1. 各向同性材料：

2. 各向異性材料：

3. 我們分三塊來建模，分別為基底層，芯片層，焊球層。

（1）基底層：
基底層共有8層結構，我們從下至上一一建模。右擊模型樹里PCB，選擇New?Component，屬性表里位置數值參考下圖，設定Modelling Level為Detailed：

右擊Subcomponent Group 1，選擇New?Subcomponent，建立最底下一層，在屬性表里設定名稱，幾何參數，位置參數，材料如下圖：

同理，我們依次建立其余各層。第二層：

第三層：

第四層：

第五層：

第六層：

第七層：

第八層：

OK，基底層建設完畢。
（2）芯片層：
右擊Subcomponent Group 1，選擇New?Subcomponent，先是dieattach，這個和上面的類似，輸入屬性參數即可：

再是die，注意這里die是熱源，需要在Cooling里設定Heat Dissipated為2.4W：

最后是compound，注意這里的compound是包裹著芯片的密封材料，需要設定Type為Encapsulant，這樣它才能包含其他對象而不會報錯：

OK，芯片層也建立完畢了。
（3）最后是焊球層：
右擊Subcomponent Group 1，選擇New?Subcomponent Group，然后右擊新建的Subcomponent Group，選擇New?Sub component，先建立一個焊球，屬性參數如下：

然后選中新建的ball，右鍵菜單中選擇Pattern，參數如下：

把不需要的焊球刪除，你可以在圖形界面框選不需要的焊球然后Delete，保留中間6*6的區間。最后看起來應該這樣：

與焊球陣列類似，我們建立過孔層：右擊Subcomponent Group1，選擇New ? Subcomponent Group，然后右擊新建的Subcomponent Group，選擇New >> Subcomponent，先建立一個過孔，屬性參數如下：

與焊球類似，做6*6的陣列，得到：

至此，器件的詳細模型也搭建完畢了。最后看起來是這樣的：

步驟5：計算
現在我們檢查模型，生成網格，設定求解參數，然后就可以計算求解了：
查看窗口里有沒有錯誤提示，如有請詳細查看，并修正錯誤；
點擊工具欄生成網格，點擊檢查模型。
模型樹里選擇Cooling里的Solution Control，設定參數如下（網格摘要只有在生成后才有）：

檢查沒問題后，點擊求解：

最后收斂，計算完成。

步驟6：檢查結果
現在我們來查看結果：
右擊模型樹中Result Plots選擇New>Result Plane，設定參數如下：

你可以在Result Plane里添加Push Pin來查看切面上不同位置點的溫度，這里我們添加了4個點，結果如下：

你也可以在Result Plots里添加最高和最低溫度點（右擊Result Plots，選擇New?Max and Min），它會在圖形窗口顯示位置，屬性表里有詳細數據：

接下來你還可以用快捷圖標欄里的圖標，查看你想得到的任何結果。

練習11 LED燈散熱分析
介紹
目前在LED的應用越來越普遍，但LED芯片的發熱功率越來越大，對散熱器的要求也越來越高，形狀也非常的不規則。正確的描述這些散熱器復雜的幾何形狀對流動和傳熱計算的精度至關重要。在6SigmaET中模擬這些復雜的幾何體可導入stl文件的方式來建模。
問題描述：
機箱內包含一個復雜的太陽花散熱器，散熱器下部貼有LED芯片（熱源塊），LED芯片同時也是包含在LED燈外殼內的，如下圖所示。

步驟1：導入CAD模型
打開6SigmaET。點擊圖標創建一個新的.equipment文件。系統自動生成的Chassis的大小為1U×440mm×500mm。鼠標左鍵選中結構樹中的Chassis，拖拽綠色的尺寸調節拉桿來粗略的調節一下Chassis的尺寸。

導入CAD模型：File?Import?CAD Solid Definition。6SigmaET支持的格式為STL文件。

在彈出的對話框中找到需要導入的模型，點擊打開。此時在6SigmaET結構樹中出現了Imported Geometry模塊。因為該CAD圖是組件，需要拆解為零件：選中模型樹中已導入的模型LED_asm，右鍵New?Subdivided Solid Definition。此時每個零件就被拆解，但仍然保持原裝配關系。

選中被拆解的第1至第7個零件，右鍵New?Solid Obstruction將每個零件轉換成為實體，出現在模型樹和視圖區中。

選中生成的實體然后在右鍵菜單中選擇New?Group Obstruction，將這些實體組成一個組，在對組進行操作時各實體的相對位置就不會變，它們會被當作一個整體：

拖拽Chassis的尺寸調節拉桿，使其“包”住所有實體。然后選中新生成的Group，將它們拖動到Chassis的中心位置：

因為三維建模軟件中模型的芯片和硅膠有干涉情況，我們在此進行一下調整：移動硅膠的位置，利用拖拽功能即可實現。按下F快捷鍵查看前視圖，鼠標滾輪滾動，放大模型，選中第一個硅膠，向下拖動至離開原位置，然后按下shift向上拖拽直至正好與芯片貼合即可，用同樣的方法進行第二塊硅膠的拖拽，使其與芯片貼合。

步驟2：材料、功耗參數設置
你會發現下面的錯誤報告欄出現錯誤提示：沒有添加材料。我們需要給定材料以及各器件的功耗。

選中芯片上層的硅脂，在右側的材料工具欄中點擊Material，設置一個新材料：在彈出的對話框中選擇New,在彈出的對話框中設置導熱系數為0.2W/mK即可。

以同樣的方法對芯片、銅基板、散熱器添加材料。芯片的功耗為40.8W，在屬性表中的Cooling?Heat Dissipated中設置，芯片的導熱系數為65.6W/(m•K)。

基板的材料為純銅，只需在材料庫Library中找到該材料并Attach即可。

散熱器的材料為鋁合金6063，該材料的導熱系數為201W/(m•K)。

步驟3：求解及后處理
至此模型已建好，先檢查模型有沒有錯誤。點擊上方工具欄中的圖標。

模型檢查無誤后對求解參數進行設置。點擊模型樹下方的求解控制菜單（C-ooling?Solution Control），在右側的屬性表中打開，打開輻射形狀，保持目標網格數為默認的400萬。

設置環境溫度。選中chassis的六個邊，在右側的屬性欄中的Environment進行設置。在彈出的對話框中設置為25℃，考慮輻射溫度為25℃。