MSC.Software虛擬仿真技術(shù)在電子行業(yè)中的應(yīng)用

　　0、引言

　　電子行業(yè)是一個飛速發(fā)展的行業(yè)，市場容量極其巨大，現(xiàn)如今我國已是全球第三大電子信息產(chǎn)品制造國，電子信息產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個角落，包括國防軍工用品、通信、醫(yī)療、計算機及周邊視聽產(chǎn)品、玩具等。隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步，人們對電子相關(guān)行業(yè)提出了更高的要求：精確、穩(wěn)定、輕巧、保密、可靠；同時，電子行業(yè)又具有產(chǎn)品更新快，研發(fā)周期短的特點，為了滿足不斷發(fā)展的市場需求，加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的升級，在核心技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破，電子行業(yè)必須采用新的研究方法和技術(shù)。虛擬仿真研究是目前電子行業(yè)所廣泛采用的一種新的方法和技術(shù)。

　　MSC.Software公司作為全球最大的CAE產(chǎn)品供應(yīng)商，不僅為電子行業(yè)提供了多方位的虛擬仿真軟件，同時MSC.Software公司還一直與世界各大電子產(chǎn)品制造商和研發(fā)機構(gòu)有著良好的合作關(guān)系。通過MSC.Software公司所提供的虛擬仿真軟件如MSC.ADAMS，MSC.Marc，MSC.Fatigue，MSC.Patran，MSC.Nastran，MSC.Dytran，MSC.Easy5等，不僅可以對電子產(chǎn)品的性能進行全方面的研究，而且還可以實現(xiàn)電子行業(yè)與其他行業(yè)的多學科一體化仿真。

　　一、電子產(chǎn)品設(shè)計過程中經(jīng)常遇到的突出矛盾和問題

　　在電子產(chǎn)品的設(shè)計過程中，我們經(jīng)常遇到以下問題：

1）電子產(chǎn)品的機械性能：可靠性、加工性、疲勞壽命、抗沖擊能力、載體振動與電子產(chǎn)品振動的耦合關(guān)系、適配器的設(shè)計等；
2）雷達與天線系統(tǒng)：運動規(guī)律、控制規(guī)律、風載與平衡、雷達和天線陣面形狀，結(jié)構(gòu)形式（實體或網(wǎng)狀）、彈性立柱剛度、齒輪減速機構(gòu)、控制系統(tǒng)框圖、控制系統(tǒng)與機械系統(tǒng)的耦合規(guī)律等；
3）電子產(chǎn)品的熱分析：散熱、熱應(yīng)力、熱平衡等；
4）電子芯片封裝和焊點疲勞分析；
5）振動噪聲分析

　　二、MSC.Software在電子行業(yè)中的解決方案

　　對于電子行業(yè)，在沒有規(guī)范可以依循的情況下，MSC.Software公司針對各種問題提供了相應(yīng)的高效的解決方案。MSC.Software強大的產(chǎn)品群可以分別用來處理不同領(lǐng)域的問題。產(chǎn)品群中的各軟件既可獨立解決相關(guān)行業(yè)的問題，也可根據(jù)問題的耦合情況，提供相對應(yīng)的聯(lián)合仿真分析。

　　1）MSC.Nastran在電子行業(yè)結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用

　　MSC.Nastran是電子行業(yè)結(jié)構(gòu)分析中的首選軟件，它提供了功能十分強大的靜力、屈曲、高級動力響應(yīng)、隨機振動響應(yīng)、復合材料、設(shè)計靈敏度及優(yōu)化、拓撲優(yōu)化、顯式動力學、隱式動力學等方面的分析功能。MSC.Nastran經(jīng)過無數(shù)工程問題的驗證，具有極高的軟件可靠性，成為了多個行業(yè)的分析標準，在很多著名的電子電器行業(yè)，MSC.Nastran得到了廣泛的應(yīng)用。圖1顯示了國際某著名磁盤驅(qū)動器生產(chǎn)商采用MSC.Nastran進行結(jié)構(gòu)分析的情況；圖2是美國宇航局采用MSC.Nastran對火星探路者天線裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析的情況。

　　2）MSC.Marc在電子行業(yè)非線性分析、熱分析、電磁分析、多場耦合分析中應(yīng)用

　　作為全球的第一個非線性有限元軟件，MSC.Marc提供了強大的材料非線性、幾何非線性、接觸非線性等的非線性分析功能，提供了熱分析、流場分析、磁場分析、電場分析、聲場分析等非結(jié)構(gòu)場的分析功能，同時也提供了強大的多物理場耦合分析功能。利用MSC.Marc，我們可以非常方便，準確，快速地進行可靠性分析、加工工藝工程模擬、裂紋擴展，抗沖擊性能計算、熱－機耦合，熱－電－結(jié)構(gòu)耦合分析、適配器設(shè)計、壓電分析和電子芯片封裝等。針對是電子產(chǎn)品的熱平衡，散熱，熱應(yīng)力分析需求，MSC.Marc可以進行全方位的熱分析，包括熱傳導，對流，輻射，接觸傳熱，間隙傳熱等穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析。

圖4控陣天線的流－熱耦合分析

　　圖3顯示了MSC.Marc在微型電熱制動器上的應(yīng)用。圖4是國內(nèi)某廠采用MSC.Marc對控陣天線進行流熱耦合分析的情況。

　　3）MSC.Dytran和LS-DYNA在電子產(chǎn)品的跌落、碰撞等分析中的應(yīng)用

　　Msc.Software綜合了MSC.Dytran的歐拉優(yōu)勢和Dyna的拉格朗優(yōu)勢，提供了高度非線性瞬態(tài)動力學分析功能，為電子產(chǎn)品的跌落，碰撞等分析提供完美解決方案。是電子產(chǎn)品跌落、碰撞分析設(shè)計必不可少的分析工具。圖5所示的是國際某著名手機生產(chǎn)商對手機所進行的跌落分析。

圖5手機跌落分析

　　4）MSC.ADAMS和MSC.Easy5在運動仿真以及運動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真中的應(yīng)用

　　利用MSC.ADAMS進行運行學和動力學仿真，可以研究電子產(chǎn)品的運動特性與機械性能。圖6和圖7分別是ABB公司機器人的運動仿真和三菱電器開關(guān)的作動仿真。在雷達天線系統(tǒng)中，利用MSC.ADAMS可以仿真雷達天線系統(tǒng)的運動規(guī)律，利用MSC.Easy5可以進行控制系統(tǒng)仿真，并與MSC.ADAMS進行聯(lián)合仿真。同時利用MSC.Nastran可以快速精確地計算雷達天線系統(tǒng)在風載和其它振動載荷作用的動力、靜力響應(yīng)。

圖7三菱電器開關(guān)的作動仿真

　　MSC.Easy5+MSC.ADAMS+MSC.Nastran實現(xiàn)了完美的控制－液壓－運動－結(jié)構(gòu)聯(lián)合仿真系統(tǒng)，MSC.Software是目前世界上唯一一家可以全部提供雷達天線系統(tǒng)全面仿真分析軟件的公司。圖8為某雷達天線系統(tǒng)的MSC.ADAMS和MSC.EASY5聯(lián)合仿真過程。圖9表示利用MSC.Nastran和MSC.ADAMS對某衛(wèi)星天線進行聯(lián)合動力仿真的過程。

圖9衛(wèi)星通訊天線的結(jié)構(gòu)和動力響應(yīng)分析

　　5）MSC.Fatiuge在電子行業(yè)疲勞分析中的應(yīng)用

　　MSC.Fatigue是MSC.Software公司與英國謝非爾德nCode國際公司（nCode International）緊密合作的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的高級疲勞分析軟件，能夠很好預測于電子產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、熱疲勞壽命。目前，絕大部分涉及疲勞分析的用戶都采用MSC.Fatigue軟件進行分析。圖10為波音公司使用MSC.Fatigue軟件對某電子器件進行焊接疲勞分析，圖11則為某電路板的焊點疲勞壽命分析。

圖11電路板焊點疲勞壽命分析

　　6）MSC.Actran在電子行業(yè)振動噪音分析中的應(yīng)用

　　MSC.Actran是振動噪聲分析的專用工具，是集有限元與無限元于一體的聲學分析軟件?？汕蠼饴曇舻妮椛洹⒀苌?、散射、導向傳播、封閉聲場、吸收、隔音、傳輸、衰減等，聲源模型不僅包括經(jīng)典的聲單極、雙極、點或離散載荷以及強迫運動等，也包括高級物理激勵模型，如紊流邊界層或散射聲場等。能夠很好的為雷達、電機、音響、耳機等各種機械電子產(chǎn)品的振動噪聲分析提供解決方案。圖11顯示了對揚聲器進行聲場分析的模型和結(jié)果。

　　三、MSC.Software在電子行業(yè)中解決方案的發(fā)展與前景展望

　　MSC.Software對電子行業(yè)不同領(lǐng)域的問題都提出了相應(yīng)的解決方案，我們可以針對不同性質(zhì)的問題，在產(chǎn)品群中選擇最為適當?shù)能浖M行分析。然而，科技在進步，人們對仿真分析也提出了越來越高的要求，人們已不僅僅需要“能夠”提供解決方案，而且要求能更有效、更便捷、更經(jīng)濟地解決問題。針對這種需求，MSC.Software力求創(chuàng)新，努力尋求解決方案，而且卓有成效。例如：為了滿足仿真流程自動化、標準化的需求，MSC.Software推出了仿真流程的數(shù)據(jù)管理平臺—MSC.SimManager，有效地克服了“仿真信息孤島”，在集成CAX系統(tǒng)且內(nèi)嵌行業(yè)標準和專家經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，形成支撐創(chuàng)新研發(fā)的知識庫；為了解決復雜的、交叉學科的問題，MSC.Software推出了新一代的企業(yè)級工程分析多學科仿真系統(tǒng)—MD
NASTRAN，它集成了MSC.Software產(chǎn)品群中絕大部分軟件的所有優(yōu)勢功能，使得用戶使用單一的數(shù)據(jù)模型，就能完全解決工程內(nèi)和跨工程學科的問題，包括分析鏈和多學科耦合問題，極大地減少了人為錯誤，極大地提高了工作效率，必將帶來明顯的經(jīng)濟效益。

　　我們相信，有著40多年有限元分析軟件的開發(fā)經(jīng)驗，有著廣大的在軍工、電子及相關(guān)行業(yè)從事過多年仿真分析的高級專家的支持與指導，有著廣大用戶群的支持與幫助，MSC.Software在電子行業(yè)中，乃至在全行業(yè)的解決方案一定會變得越來越完美！