6SigmaET练习教程

admin 2017-05-28

步骤8：在版本树中新建一个含辐射的版本

步骤9：打开辐射选项并进行计算：
在新版本的模型树选中Solution Control节点，在其属性表中将辐射选项打开，在新版本中做出的更改不会影响原来的版本。

步骤10：检查含辐射版本的计算结果：

可以看出加上辐射后，块的表面温度降低了30℃左右。由此可见，在自然散热模型中，为保证计算的准确必须要考虑辐射的影响。
步骤10：多任务并行计算及多核计算：
上面的计算是分别计算含辐射和不含辐射的模型，6SigmaET也可以同时将多个任务进行计算，而且可以为每个任务分配多个CPU核心，从而加快了计算的速度。
点击主具条中的按钮，在弹出的对话框中选择Add Project，将多个版本的模型添加进来；
为每个任务分配用于计算的CPU核心数。

如果只有一种方案的话，也可以给其分配多个核心进行计算。

步骤11：多方案计算结果的比较：
点击工具栏上的带有“1234”字样的按钮。可以在同一窗口中对两种方案进行比较。

练习6 瞬态分析
介绍
本练习演示了如何模拟瞬态问题。通过这个练习你可以学到：
如何进行瞬态设置；
如何显示不同时间的瞬态结果。

问题描述：
本问题为练2中刀片式服务器沿法向安装于一个服务器箱体内，刀片式服务器主要由PCB、芯片、散热器和子卡组成，箱体采用风扇驱动气流散热。

在前面的练习2中我们已经完成了刀片式服务器的仿真，如果我们需要了解该设备在某一时间点的温度分布情况，那么我们就需要进行瞬态分析的设置。设置步骤如下：
首先右键单击Version Tree中2m/s的图标，在弹出菜单中选择“Create New Version”：

然后在Model Version对话框中的Label中输入“Transient”，点击OK。

选中Model Tree中的Blade Server Tutorial≫Cooling≫Solution Control：

此时在Property Sheet当中就会出现如下设置：

其中Transient即为瞬态计算的设置，默认为关闭状态（No）
点击“Transient”选项前面的三角形图标，展开此瞬态计算的选项，将“Time Varying”设置为“Yes”之后就会出现更详细的设置：

将“Total Simulation Time”设置为60s。其它选项保持默认不变。
点击工具栏上的Predict Temperature图标，打开CFD Progress Window，点击Start开始求解。
当计算完成后，点击多视图工具栏中的图标，在列表中选择SurfaceTemperature，将显示所有PCB、芯片、散热器和其他安置于它们上面的物体的表面温度，如下图所示：

在模型窗口任意空白处点击右键，选择“Select Time Step…”

在弹出的对话框中可以选择不同时间（秒数）来观察在某一秒钟时温度的分布情况：

练习7 热管散热
介绍
本练习演示了如何用6SigmaET创建热管散热模型。
问题描述：
本问题的计算域中包括一个PCB、CPU芯片和CPU风扇，系统内的流动属于湍流。在本练习中，你会增加一个散热器，并通过热管连接到CPU芯片。模型如下图所示。

步骤1：创建一个新的项目
启动6SigmaET，点击菜单栏File/New或常用工具栏建立一个新的模型。点击菜单栏File/Save As，给定一个项目名称为Heatpipe Tutorial；
步骤2：创建Chassis
在本例中，我们创建Chassis作为求解域和作为机壳。尺寸如下：

步骤3：创建PCB
在模型树中选中Chassis节点，会出现在其上可以建立的子项目的工具条。点击PCB图标：

步骤4：调整PCB的大小和位置
在属性表中将PCB的参数设为如下图所示：

步骤5：建立芯片槽座
在模型树中选中PCB节点，出现能在其上建立的子项目的工具条，点击Chip Socket：

在Chip Socket的属性表中将其参数调整如下图所示：

步骤6：建立芯片
同样，在模型树中选中Chip Socket节点，会出现在其上能建立的子项目的工具条，点击Chip：

在Chip的属性表中调整其各项参数如图所示：

步骤7：建立CPU风扇和排风扇
在模型树中选中Chassis Top Side，点击新一个轴流风扇，

CPU风扇的参数如下：

其具体的风扇曲线如图：

同理，在模型树中选中Chassis Rear Side，新建一个排风扇，排风扇的参数如下图所示：

其风扇的特性曲线如图所示：

步骤8：建立进气孔
首先在模型树中选中Chassis Front Side，在弹出的工具条中选择Vent图标：

在新建立的Vent的属性表中设置其参数：

在Chassis Left Side和Chassis Right Side上用同样的方法建立两个开孔。其参数分别如下所示：

步骤9：建立芯片和芯片槽座材料

两种材料的详细参数按如下表所示设置，：

建立完毕后，在Chipsocket的属性表中Material节点后双击，将新建立的材料赋给Chipsocket。

用同样的方法将新建的Chip材料赋给Chip。
步骤10：设置求解条件开始计算

我们将目标网格数设为40万，由于此模型比较简单，可以看出只生成了14万左右。
步骤11：查看计算结果
点击PCB Plot，依次选择Cooling System≫Surface Temperature。

可以看出芯片温度约为110℃左右。

步骤12：添加热管
为了以后便于比较加不加热管的效果，我们在版本树中新建一个版本，为了区别可以为这个版本取一个名字：

在模型树中选中Chassis节点，建立一个散热器：

设置散热器的参数如图所示：

在模型树中选中Heatsink节点，新建一根热管。

新建热管的材料，将其设为各向异性。

热管的参数如下：

调整热管的方向，最终模型的效果如图所示，建模完毕后视图区下方出现错误提示，一个是风扇有所阻塞，一个是热管与Chip冲突，这都是正常现象不影响计算，可以忽略它们。

步骤13：进行计算并查看计算结果
求解设置如前面所述，在此不再重复。利用同样的方法查看PCB上的温度分布：

通过比较可见，加了热管后Chip的温度有了很大改善。
练习8 带有离心风机的管道设备
介绍
本练习演示了如何利用6SigmaET的管道功能建立某不规则外形的设备，并使用户熟悉离心风扇（Radial fan）的建模。该模型是用一个离心风扇和三节变尺寸的管道组成的，如下图所示，离心风机安装于管道出口处，空气从设备上的开口进入从风机的边缘排出。

步骤1：创建一个新的项目
启动6SigmaET，点击菜单栏File/New或常用工具栏建立一个新的模型。点击菜单栏File/Save As，给定一个项目名称为Radial Fan Tutorial；
步骤2：创建Chassis
创建一个Chassis,尺寸如下，作为机柜所在的环境：

步骤3：创建Cooling duct
本例中，机柜是一个不规则的形状，我们用Cooling duct来建模。在模型树中Chassis节点上右键单击，选择New≫Cooling duct。

在上一步骤中选中Cooling duct后，视图区单击A键切换到俯视图。光标将变成十字形，单击一下将生成duct的起点，沿一条斜线再单击一下，则左边模型树中将生成两个相互垂直的段Cooling duct segment 0和Cooling duct segment 1。

删除Cooling duct segment 1，只保留水平的一段Cooling duct segment 0。在模型树中选中Cooling duct 1，在其属性表中选择其形状为Rectangular，将Start X，Start Y，Start Z分别设为2395mm，4316mm，6957mm：

更改Cooling duct segment 0的属性：Size Definition改为Local，Width 1.2m，Height 0.3m，End XYZ Location分别为4952mm，4316mm，6957mm。

用鼠标再画两段管道，共生成3个segment：

生成3段管道后，仔细检查，确保它们的属性值如下所示：

步骤4：创建开孔
在Cooling duct 1 Segment 0上右键菜单中新建Vent:

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

用阵列功能生成共10个开孔：

在模型树中选中所有开孔，按Ctrl+D，则会在相同位置生成相同数量的复制品。将新生成的10个开孔的属性表中Placement节点下Side一项选为Bottom将新生成的10个孔移至下表面。

步骤5：创建一个离心式风扇
先按如下所示在风扇的属性表中设置风扇的尺寸，风扇的位置默认是在原点。

我们调整风扇的朝向，最终将使风扇的转动轴与X轴平行。先在视图区按L，即选择左视图，然后左键按住角度调整箭头，当风扇变为竖直方向后松手（或者在箭头上右键，在出现的对话框中输入旋转角度）。

在视图区按A，即选择模型的俯视图。和上一步骤的操作类似，将风扇调整到如下朝向：

输入风扇流量曲线：

步骤6：将机柜的右边与风扇对齐
先选中segment 2，按住Ctrl再选中风扇。在右键菜单中选择Align。

在弹出的Align对话框中做如下选择：

结果如下：

再调整风扇沿X轴方向的位置，使风扇与segment 2对齐。

最终效果如图所示：

步骤7：创建出风口
在segment 2上新建一个Vent，在属性表里将形状设为圆形，直径设为和风扇入风口一样即350mm，使用对齐功能将出风口和风扇的进风口对齐。

步骤8：设置求解方式和网格并进行计算
本例中我们要查看的只是各孔的流量，模型内并没有发热元件。因此，在Solution Control(求解控制)的属性表里，将Solution Type更改为Flow Only。将目标网格数设为40万。

设置完毕后，点击窗口上方的工具栏中雪花形状的按钮进行计算：

步骤9：查看计算结果
在主工具栏中选择按钮，依次选择Cooling System ≫ Outflow。

利用注释功能在视图区标注各孔的流量

可以看出各孔流量的大致规律：靠近风机的进风量要大些，越远越小。

查看动态烟线图，同时选中各孔和风扇，在出现的工具提示中选择，即在这
些流动的关键区域添加Streamline，然后点击快捷图标栏中的播放按钮即
可查看空气运动轨迹。

练习9 IDF文件的导入
介绍
由于PCB板的结构越来越复杂，PCB板上的模块也越来越多，直接对PCB板上发热模块及器件进行建模将极大的影响建模效率，6SigmaET可以通过导入IDF文件，提高建模速度。
通过这个练习你可以学到如何导入含PCB板上模块信息的IDF文件及相关的操作，模型如下图所示。

步骤1：创建一个新的项目
启动6SigmaET，点击菜单栏File/New或常用工具栏建立一个新的模型。点击菜单栏File/Save As，给定一个项目名称为IDF Import Tutorial；
步骤2：建立Chassis
尺寸为31.3mm*90.68mm*174mm：

步骤3：导入IDF文件

步骤4：设置导入选项

可以看到，导入IDF文件后，元件的名称、类型、功耗以及热阻模型也都导入了进来。用户还可以根据高度、尺寸、功耗制定导入的规则，以及是否导入Vias等。

步骤5：调整PCB的方向和位置

导入后PCB的朝向如图所示，利用旋转箭头将它旋转到竖直方向。然后在左边模型树中先选中Chassis再选中PCB,在右键弹出菜单中选择Align，即对齐功能：

在对齐对话框中将二者体中心对齐：

步骤6：查看板上的器件名称及功耗分布情况
在工具栏中有个“A”字样的按钮，是用来对图形做一些标注，以便于用户观看，选中PCB≫Reference Designator，则绘图区每个元件上面会显示其标识。再选择PCB绘图按钮，选择Power选项：

最终效果如图所示：

步骤7：将发热元件的功耗进行调整
在本例中，器件分为3类：Capacitor，Resistence，Component。前两类是不发热的，Component也只有一部分是有功耗的。由于原文件中它们的功耗都太小，我们将它们的功耗的数值调大一些。首先利用查找功能将这些发热的Component找出来。
在视图区空白处单击鼠标左键一下，这样做是为了不选中任何物体。然后在工具栏单击望远镜样式的图标，在整个模型中查找发热的Component。这些Component共有两种类型的功率因子，100%和150%。对于功率因子为100%的，将功率因子调整为10000%，对于功率因子为150%的，将功率因子调整为15000%对我们将在弹出的对话框中，依次选择如下选项：

查找完毕后，在模型树中就会出现符合条件的器件：

在属性表中将功率因子改为15000%：

利用同样的搜索方法，将功率因子为100%的元件进行更改：

步骤8：建立Test Chamber
在模型树中选中ET Project，在工具栏中选择建立Test Chamber功能。

调整Test Chamber的尺寸：

先选中Test Chamber，再选中Chassis，利用Align功能将它们体中心对齐。效果如图所示：

步骤9：创建开口并设定边界条件
选中Chassis的前后两个面，并将它们卸载，也就是将Chassis的前后两个面设为完全开口。

选中Test Chamber的前面，将它的属性设为如下所示：

将后面设为如下所示边界条件：

步骤10：设定网格并开始计算
网格数设定为400000，然后点击工具栏中的雪花状的按钮Predict Temperature进行计算。
步骤11：查看计算结果
点击工具栏的“A”字样的按钮，进行如下选择：

各元件表面的温度分布如下图所示：

练习10 电子器件封装
介绍
本练习展示了如何用6SigmaET模拟电子器件封装，通过这个练习你可以学到：
创建不同详细程度的印制板（PCB）、各种不同封装形式的芯片（Chip）和器件（Component）、测试环境（Test Chamber）；
运行计算及检查计算结果。

问题描述：
本问题对一种PBGA(Plastic Ball Grid Array)封装建立详细模型，在一个JEDEC标准环境内对其进行热模拟，获得封装内部温度分布的详细信息。

步骤1：创建一个新的项目
启动6SigmaET，点击菜单栏File/New或常用工具栏建立一个新的项目。点击菜单栏File/Save As，给定一个项目名称为Tutorial13 PBGA。
在模型树中选中ET Project 节点，并在属性表中将Name改为PBGA Tutorial。

步骤2：创建Test Chamber
使用Test Chamber模拟一个JEDEC标准环境。
选中Model Tree中PBGA Tutorial节点；
点击图形显示区右侧模型工具栏中的New Test Chamber图标；
展开Geometry节点，并将Height、Width和Depth均设为304mm；

为Chamber的6个面赋予材料，首先选择模型树里的Materials节点，右击New≫Material：

材料的属性值如下：

建立测试环境，选择模型树里的Cooling，右击New≫Environment：

输入属性值如下：

现在模型树里展开Test Chamber节点，选中所有6个面，在属性列表里，把Side Type设为Wall；Thickness设为3.175mm；Material设为刚才新建的wall；Environment设为Test Chamber Open Environment。

至此，Test Chamber环境搭建完毕，看起来如下：

步骤3：创建PCB
现在我们来创建PCB。
右击模型树中Test Chamber，选择New≫PCB。
属性表里的各项如下：

PCB的Shape设为Rectangle；宽度，深度，和厚度按上图所示数值设定。
PCB的放置位置即Placement也按上图数值设定。
在Construction里，默认设定Conductor Material为Copper，Pure；默认设定Dielectric Material为FR4；保持默认设定即可。
Modelling Level里有如下选项：

从上到下是不同的简化程度，如果您的PCB属性比较简单则选择简单模型即可。这里我们使用最详细的建模，我们的PCB里有4层覆铜较多的导热层，我们建立模型一一对应，所以这里选择Explicit Layers。
如果中间的导热层不是均布的，那么请设定Distribute Layers为User Specified。
因为导热层是4层，所以设定Number Conductor Layers为4。现在在模型树的PCB下面会出现Layers，这里可以对每一层导热层进行设置：

选择第一个PCB Conductor Layer，设定属性表参数（位置，厚度，覆铜率）如下：

同理，第二层参数如下：

第三层：

第四层：

对PCB的设置已经完成。在PCB上能很方便的建立简单的器件模型，右击PCB，选择New≫Chip，属性表里的选项如下：

在Construction下的Package Style里有很多封装类型，可以根据你的具体实际选择：

外壳类型Case Type也有不同，塑料的，陶瓷的或其他：

Modelling Level可以是简单模型或则热阻模型：

材料可以选择库里的，也可以自定义。在Power里可以设定你的器件功耗。
因为我们将会建立非常详细的器件模型，包括它的内部结构，所以这里不采用Chip建模。在这里当你想屏蔽掉一个对象（不是隐藏）时，请右击它选择Uninstall。
现在PCB的模型已经建立完毕，从侧面看应该是这样的：

步骤4：创建PBGA
现在进入创建PBGA器件详细模型的阶段：
由于结构复杂，层数众多，材料各不相同，所以我们先集中把材料属性建立好（共9种），到后面给每一层建模时，直接选择即可。
1. 各向同性材料：

2. 各向异性材料：

3. 我们分三块来建模，分别为基底层，芯片层，焊球层。

（1）基底层：
基底层共有8层结构，我们从下至上一一建模。右击模型树里PCB，选择New≫Component，属性表里位置数值参考下图，设定Modelling Level为Detailed：

右击Subcomponent Group 1，选择New≫Subcomponent，建立最底下一层，在属性表里设定名称，几何参数，位置参数，材料如下图：

同理，我们依次建立其余各层。第二层：

第三层：

第四层：

第五层：

第六层：

第七层：

第八层：

OK，基底层建设完毕。
（2）芯片层：
右击Subcomponent Group 1，选择New≫Subcomponent，先是dieattach，这个和上面的类似，输入属性参数即可：

再是die，注意这里die是热源，需要在Cooling里设定Heat Dissipated为2.4W：

最后是compound，注意这里的compound是包裹着芯片的密封材料，需要设定Type为Encapsulant，这样它才能包含其他对象而不会报错：

OK，芯片层也建立完毕了。
（3）最后是焊球层：
右击Subcomponent Group 1，选择New≫Subcomponent Group，然后右击新建的Subcomponent Group，选择New≫Sub component，先建立一个焊球，属性参数如下：

然后选中新建的ball，右键菜单中选择Pattern，参数如下：

把不需要的焊球删除，你可以在图形界面框选不需要的焊球然后Delete，保留中间6*6的区间。最后看起来应该这样：

与焊球阵列类似，我们建立过孔层：右击Subcomponent Group1，选择New ≫ Subcomponent Group，然后右击新建的Subcomponent Group，选择New >> Subcomponent，先建立一个过孔，属性参数如下：

与焊球类似，做6*6的阵列，得到：

至此，器件的详细模型也搭建完毕了。最后看起来是这样的：

步骤5：计算
现在我们检查模型，生成网格，设定求解参数，然后就可以计算求解了：
查看窗口里有没有错误提示，如有请详细查看，并修正错误；
点击工具栏生成网格，点击检查模型。
模型树里选择Cooling里的Solution Control，设定参数如下（网格摘要只有在生成后才有）：

检查没问题后，点击求解：

最后收敛，计算完成。

步骤6：检查结果
现在我们来查看结果：
右击模型树中Result Plots选择New>Result Plane，设定参数如下：

你可以在Result Plane里添加Push Pin来查看切面上不同位置点的温度，这里我们添加了4个点，结果如下：

你也可以在Result Plots里添加最高和最低温度点（右击Result Plots，选择New≫Max and Min），它会在图形窗口显示位置，属性表里有详细数据：

接下来你还可以用快捷图标栏里的图标，查看你想得到的任何结果。

练习11 LED灯散热分析
介绍
目前在LED的应用越来越普遍，但LED芯片的发热功率越来越大，对散热器的要求也越来越高，形状也非常的不规则。正确的描述这些散热器复杂的几何形状对流动和传热计算的精度至关重要。在6SigmaET中模拟这些复杂的几何体可导入stl文件的方式来建模。
问题描述：
机箱内包含一个复杂的太阳花散热器，散热器下部贴有LED芯片（热源块），LED芯片同时也是包含在LED灯外壳内的，如下图所示。

步骤1：导入CAD模型
打开6SigmaET。点击图标创建一个新的.equipment文件。系统自动生成的Chassis的大小为1U×440mm×500mm。鼠标左键选中结构树中的Chassis，拖拽绿色的尺寸调节拉杆来粗略的调节一下Chassis的尺寸。

导入CAD模型：File≫Import≫CAD Solid Definition。6SigmaET支持的格式为STL文件。

在弹出的对话框中找到需要导入的模型，点击打开。此时在6SigmaET结构树中出现了Imported Geometry模块。因为该CAD图是组件，需要拆解为零件：选中模型树中已导入的模型LED_asm，右键New≫Subdivided Solid Definition。此时每个零件就被拆解，但仍然保持原装配关系。

选中被拆解的第1至第7个零件，右键New≫Solid Obstruction将每个零件转换成为实体，出现在模型树和视图区中。

选中生成的实体然后在右键菜单中选择New≫Group Obstruction，将这些实体组成一个组，在对组进行操作时各实体的相对位置就不会变，它们会被当作一个整体：

拖拽Chassis的尺寸调节拉杆，使其“包”住所有实体。然后选中新生成的Group，将它们拖动到Chassis的中心位置：

因为三维建模软件中模型的芯片和硅胶有干涉情况，我们在此进行一下调整：移动硅胶的位置，利用拖拽功能即可实现。按下F快捷键查看前视图，鼠标滚轮滚动，放大模型，选中第一个硅胶，向下拖动至离开原位置，然后按下shift向上拖拽直至正好与芯片贴合即可，用同样的方法进行第二块硅胶的拖拽，使其与芯片贴合。

步骤2：材料、功耗参数设置
你会发现下面的错误报告栏出现错误提示：没有添加材料。我们需要给定材料以及各器件的功耗。

选中芯片上层的硅脂，在右侧的材料工具栏中点击Material，设置一个新材料：在弹出的对话框中选择New,在弹出的对话框中设置导热系数为0.2W/mK即可。

以同样的方法对芯片、铜基板、散热器添加材料。芯片的功耗为40.8W，在属性表中的Cooling≫Heat Dissipated中设置，芯片的导热系数为65.6W/(m•K)。

基板的材料为纯铜，只需在材料库Library中找到该材料并Attach即可。

散热器的材料为铝合金6063，该材料的导热系数为201W/(m•K)。

步骤3：求解及后处理
至此模型已建好，先检查模型有没有错误。点击上方工具栏中的图标。

模型检查无误后对求解参数进行设置。点击模型树下方的求解控制菜单（C-ooling≫Solution Control），在右侧的属性表中打开，打开辐射形状，保持目标网格数为默认的400万。

设置环境温度。选中chassis的六个边，在右侧的属性栏中的Environment进行设置。在弹出的对话框中设置为25℃，考虑辐射温度为25℃。