В современном мире исследование возможностей являются распространенные известные программы с применением метода конечных элементов для моделирования геометрических, тепловых и электродинамических моделей для исследования влияния тепловых воздействий на характеристики ЭРЭ, аппаратуры и вычислительных систем. Математическое моделирование тепловых воздействий на любой ЭРЭ, РЭА и КТ представляет собой сложную задачу. Исследуем наиболее известные многофункциональные и мощные пакеты, их достоинства и недостатки, так же особенности создания конечно элементной модели, задания граничных условий и т. д., относительно вышеописанной задачи [1, 3].

– BETASoft. Компания Dynamic Soft Analysis разработала BETASoft компании DynamicSoft Analysis, мощную программу, предназначенную для термического анализа печатных плат, которая предлагает мощный инструмент для анализа термического анализа печатных плат. Система BETASoft специально предназначена для моделирования температурного режима крупных конструкций (в том числе электронных модулей, блоков и шкафов). Программа учитывает широкий спектр физических факторов, включая движение нагретого воздуха под действием силы тяжести, температуру окружающей среды, энергию ветра, солнечную радиацию, воздушное движение, воздушные препятствия и физические физические объекты. В ходе проверки исследуются рассеиваемая мощность, высота и плотность элементов, типичное тепловое сопротивление и пределы температуры перехода каждой платы. Это обеспечивает глубокий и точный анализ, необходимый для надёжной работы изделий в сложных условиях эксплуатации.

– Sauna. Программа теплового анализаSauna от компании Thermal Solutions предназначена для моделирования теплового поведения плат, блоков и шкафов. Она оснащена обширными библиотеками материалов и компонентов, а также встроенным графическим редактором, упрощающим создание конфигураций оборудования. Программа позволяет задавать рабочие циклы с учётом включения и отключения внешних источников питания. Создание моделей базируется на стандартных блоках для сборки пластин и печатных плат. Пользователю достаточно указать размеры листа, выбрать материал и задать тип поверхности, чтобы пластина автоматически появилась на экране без необходимости ручного ввода параметров, таких как теплопроводность. Sauna основана на классическом подходе расчета теплового режима. Материалы и размеры используются программой для автоматического расчета значений на основе физического размера материала. Данный программный пакет производит модель, удобную для изменений или тестирования.

– АСОНИКА-Т. Программа пакет АСОНИКА-Т, созданная Красноярским государственным техническим университетом, направлена на автоматизацию проектирования РЭС с акцентом на термический анализ за счет автоматизации проектирования РЭС. АСОНИКА-Т позволяет использовать как типовые конструкции, так и произвольные модели, включая микросборки, радиаторы, кассетные и полочные модули. Программа исследует стационарные или переходные тепловые процессы, такие как вынужденная и нормальная конвекция в атмосфере. В нестандартных конструкциях рассчитывают температурные характеристики изотермических объемов, а в стандартных единицах рассчитывают температурные поля и интегральные температуры электрических компонентов, а также рассчитывают температурные характеристики нестандартных конструкций. В качестве граничных условий в модуле АСОНИКА-ТМ для моделирования режимов печатных узлов используется термический анализ, что также позволяет модулю АСОНИКА-ТМ создавать комплексную температурную карту элементов.

– SolidWorks. Программное обеспечение SolidWorks, созданное корпорацией SolidWorks, является одной из самых популярных современных САПР. SolidWorks Simulation — это важнейший компонент программного обеспечения, позволяющий оценивать физические характеристики моделей в реальных условиях и проверять их на прочность и устойчивость. Инструменты термического анализа интегрированы в SolidWorks Simulation, что позволяет термическому анализу влиять на поведение конструкции при различных тепловых нагрузках. Практическое применение SolidWorks Simulation в первую очередь предназначено для предварительного этимологического тестирования с возможностью улучшения существующего программного обеспечения. Без необходимости проведения дорогостоящих физических испытаний пользователи теперь могут рассчитать влияние изменений материала или геометрии на надежность продукта.

– ANSYS Icepak. ANSYS Icepak — это сложный инструмент, который анализирует и создает эффективные системы охлаждения для электронных компонентов, таких как микросхемы, печатные платы и другие компоненты, требующие точного термоконтроля. Icepak, оснащенный известным решателем ANSYS Fluent CFD, позволяет инженерам выполнять сложные тепловые и аэродинамические расчеты, предоставляя инженерам наиболее точные знания в этой области. Это позволяет создавать и оптимизировать решения для сложных тепловых процессов, таких как смешанный теплообмен, что крайне важно при проектировании высокотехнологичных электронных устройств. ANSYS Icepak представляет широкий спектр моделей: от отдельных микросхем, сборок и печатных плат до компьютерных корпусов и целых центров обработки данных. При анализе смешанной теплопередачи решатель использует проводимость, конвекцию и излучение в качестве компонентов процесса, основанного на анализе смешанной теплопередачи, что позволяет анализировать проводимость, конвекцию и излучение.

В таблице 1 показаны наиболее популярные пакеты программного обеспечения по различным критериям, отражающие их популярность.

Таблица 1

Программные пакеты с различными критериями

Сравнение возможностей позволяет принять логичное решение о том, какое программное обеспечение использовать, учитывая потребности проекта, сложность модели и бюджет. На рисунке 1 показан график от сложности решаемых задач, насколько точно считает программный пакет при использовании новых характеристик материалов

Рис. 1. График точности расчетов материалов различных

Исходя из рисунка 1 можно сделать вывод, что наиболее точный и оптимизированный под сложные задачи с введением характеристик нового материала является ANSYS Icepak, т. к. нет никаких проблем. В том числе, как в других программных пакетах показана большая погрешности в 40–50 %, сложность введения этих характеристик через дополнительные показатели и отсутствии оптимизации.

Литература:

1. ОСТ4 Г0.012.032 Аппаратура радиоэлектронная. Блогки на микросборках, микросхемах и дискретных электрорадиоэлементах. Методы расчета тепловых режимов.
2. Вершинин Е. А., Кузнецов С. Д., Данилова Е. А. Анализ эффективности термоинтерфейса и контактной площадки в отводе тепла: сравнительное исследование // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. 2023. Т. 2. С. 72‒74.
3. Латышев, П. Н. Каталог САПР. Программы и производители/ П. Н. Латышев. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2006. — 608 c.