Программные средства для моделирования телекоммуникационного устройства

Интерфейс вывода результатов моделирования. По результатам стационарного теплового расчета, выбрав пункт головного меню «Просмотр результатов» и подпункт «Температура в узлах модели», можно вывести:

таблицу температур в узлах модели (см. рис. 27).

При необходимости сохранения результатов в виде текстового файла нужно нажать кнопку «Сохранить файл», появится окно сохранения файла. Файл сохраняется с расширение txt в каталоге Data, необходимо указать только имя файла.

По результатам нестационарного теплового расчета, выбрав пункт головного меню «Просмотр результатов» и подпункт «График температур во времени», можно вывести:

график температур во времени при нестационарном тепловом расчете (см. рис. 27). При этом можно осуществить настройку внешнего вида графика. Например, если настройку нужно осуществить для узла 1, в меню «Выбор узлов модели» (см. рис. 28) нужно два раза щелкнуть по надписи «Узел 1» левой клавишей мыши. После этого появится меню «Настройка внешнего вида графика «Узел 1», где двойным нажатием левой клавиши мыши можно выбрать цвет и толщину графика, вид, цвет, ширину и длину маркера;

вывести на экран таблицу температур в узлах модели в заданный момент времени при нестационарном тепловом расчете (см. рис. 29). При необходимости сохранения результатов в виде текстового файла нужно нажать кнопку «Сохранить файл», появится окно сохранения файла. Файл сохраняется с расширение txt в каталоге Data, необходимо указать только имя файла.

Рис. 26. Таблица температур в узлах модели



Рис. 27. Графики зависимостей температур от времени при нестационарном тепловом моделировании

Рис. 28. Выбор узлов модели, для которых будут выводиться графики температур во времени при нестационарном тепловом моделировании



Рис. 29. Настройка внешнего вида графика

Рис. 30. Таблица температур в узлах модели в заданный момент времени при нестационарном тепловом моделировании

2.1.4 Пример теплового моделирования одноэтажного шкафа

Цель работы. Определить средние температуры печатных узлов (ПУ) и конструкции радиоэлектронного шкафа в целом.

Исходные данные. В качестве исходных данных для расчета были получены чертежи конструкции и всех необходимых деталей, которые играют важную роль при анализе тепловых воздействий.

Одноэтажный радиоэлектронный шкаф состоит из трех блоков ПП, ВХ и ФМ, представленных на рис. 31.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 31. Конструкция одноэтажного радиоэлектронного шкафа

Были определены основные тепловыделяющие узлы и заданы мощности тепловыделения для блока Ф, которые составили:

1. ПУ ФК - 1,235Вт;

2. ПУ АНП - 0,806 Вт.

Мощности, рассеиваемые блоками БП и ФМ, составляют по 0,6 и 2 Вт соответственно.

Для расчета была принята температура окружающей среды +52С. Конструкция шкафа окружена воздухом.

Анализ тепловых процессов. На основе полученных данных была построена модель тепловых процессов (МТП) радиоэлектронного шкафа, показанного на рис. 32.

В данной модели (см. рис. 32) были определены следующие узлы:

Блок БП

1 - левая стенка корпуса;

2 - правая стенка корпуса;

3 - верхняя стенка корпуса;

4 - нижняя стенка корпуса;

5 - передняя стенка корпуса;

6 - задняя стенка корпуса;

7 - печатный узел;

8 - окружающая среда;

26 - воздух внутри блока слева от печатного узла;

27 - воздух внутри блока справа от печатного узла.

Блок БП Блок Ф Блок ФМ

Рис. 32. Модель тепловых процессов радиоэлектронного шкафа

Блок Ф

9 - левая стенка корпуса;

10 - правая стенка корпуса;

11 - верхняя стенка корпуса;

12 - нижняя стенка корпуса;

13 - передняя стенка корпуса;

14 - задняя стенка корпуса;

15 - ПУ АНП;

16, 17 - алюминиевый слой между печатными узлами;

18 - ПУ ФК;

28 - воздух внутри блока слева от ПУ АНП;

29 - воздух внутри блока справа от ПУ ФК.

Блок ФМ

19 - левая стенка корпуса;

20 - правая стенка корпуса;

21 - верхняя стенка корпуса;

22 - нижняя стенка корпуса;

23 - передняя стенка корпуса;

24 - задняя стенка корпуса;

25 - печатный узел.

Модель корпуса шкафа представляется в следующем виде.

Блок БП

Стенки корпуса взаимодействуют между собой через кондуктивный теплоперенос, образуя связи 1-3, 1-4, 1-5, 1-6, 2-3, 2-4, 2-5, 2-6, 3-5, 3-6, 4-5, 4-6. Кроме того, узел 7 взаимодействует с передней, задней, верхней и нижней стенками посредством кондуктивной связи. Все стенки корпуса, кроме правой, взаимодействуют с внешней средой посредством излучения и конвекции, образуя связи 1-8, 3-8, 4-8, 5-8, 6-8. Печатный узел взаимодействует с левой и правой стенками посредством излучения, образуя связи 7-1, 7-2. Печатный узел взаимодействует посредством конвекции с воздухом внутри блока, образуя связи 1-26, 3-26, 4-26, 5-26, 6-26, 7-26 и 2-27, 3-27, 4-27, 5-27, 6-27, 7-27.

К соответствующим узлам были подключены ветви, представляющие собой источники мощности (7-0) и источники температуры (8-0).

Блок Ф

Стенки корпуса взаимодействуют между собой через кондуктивный теплоперенос, образуя связи 9-11, 9-12, 9-13, 9-14, 10-11, 10-12, 10-13, 10-14, 11-13, 11-14, 12-13, 12-14. Кроме того, узлы 15, 16, 18 взаимодействуют с передней, задней, верхней и нижней стенками посредством кондуктивной связи. Стенки корпуса, кроме левой и правой, взаимодействуют с внешней средой посредством излучения и конвекции, образуя связи 11-8, 12-8, 13-8, 14-8.

Печатный узел АНП взаимодействует с ПУ ФК через алюминиевую прослойку посредством кондуктивной связи, образуя связи 15-16, 17-18.

ПУ АНП взаимодействует с левой стенкой посредством излучения, образуя связь 9-15.

ПУ АНП взаимодействует посредством конвекции с воздухом внутри блока, образуя связи 9-28, 11-28, 12-28, 13-28, 14-28, 15-28.

ПУ ФК взаимодействует с правой стенкой посредством излучения, образуя связь 18-10.

ПУ ФК взаимодействует посредством конвекции с воздухом внутри блока, образуя связи 10-29, 11-29, 12-29, 13-29, 14-29, 18-29.

К соответствующим узлам были подключены ветви, представляющие собой источники мощности (15-0, 18-0).

Блок ФМ

Стенки корпуса взаимодействуют между собой через кондуктивный теплоперенос, образуя связи 19-21, 19-22, 19-23, 19-24, 20-21, 20-22, 20-23, 20-24, 21-23, 21-24, 22-23, 22-24. Кроме того, узел 25 взаимодействует с левой стенкой посредством кондуктивной связи. Все стенки корпуса, кроме левой, взаимодействуют с внешней средой посредством излучения и конвекции, образуя связи 20-8, 21-8, 22-8, 23-8, 24-8. Печатный узел взаимодействует с правой стенкой посредством излучения, образуя связь 25-20.

К узлу 25 была подключена ветвь, представляющая собой источник мощности (25-0).

Между собой блоки связаны кондуктивными связями: 2-9 (блоки БП и Ф), 10-19 (блоки Ф и П12-МII).

Результаты моделирования. Моделирование тепловых процессов осуществлялась при температуре окружающей среды + 52° С. В результате моделирования были получены значения температур в узлах модели:

Таблица 1. Результаты моделирования

Номер узла	Наименование	Температура град.С	Номер узла	Наименование	Температура град.С
БЛОК БП 1	левая стенка	68	2	правая стенка	69
3	верхняя стенка	68	4	нижняя стенка	68
5	передняя стенка	68	6	задняя стенка	68
7 26	печатный узел воздух внутри блока слева от печатного узла	72 69	8 27	окружающая среда воздух внутри блока справа от печатного узла	52 70
БЛОК Ф 9	левая стенка	69	10	правая стенка	69
11	верхняя стенка	69	12	нижняя стенка	69
13	передняя стенка	69	14	задняя стенка	69
15 17 28	ПУ АНП правый край алюминиевого слоя воздух внутри блока слева от ПУ АНП	70 70 69	16 18 29	левый край алюминиевого слоя ПУ ФК воздух внутри блока справа от ПУ ФК	70 107 70
БЛОК П12-МII 19	левая стенка	71	20	правая стенка	69
21	верхняя стенка	68	22	нижняя стенка	69
23	передняя стенка	69	24	задняя стенка	69
25	печатный узел	71



Выводы. В результате проведенного расчета были получены исходные данные (граничные условия) для последующего анализа температур электрорадиоизделий в составе печатных узлов АНП и ФК: 69 и 70 град.С.

Сравнение с экспериментом показывает, что погрешность моделирования блока составляет 2 град.С или 3 % (расчетная температура корпуса 68 град.С, экспериментальная - 66 град.С).

2.2 Подсистема АСОНИКА-ТМ

2.2.1 Назначение подсистемы и ее и основные возможности

Подсистема АСОНИКА-ТМ входит в состав автоматизированной системы АСОНИКА и ее назначением является моделирование печатных узлов радиоэлектронных средств на механические (гармоническую и случайную вибрации, одиночный и многократный удары, линейное ускорение и акустический шум) и тепловые воздействия на печатные узлы РЭС [4]. Моделирование печатных узлов в подсистеме АСОНИКА-ТМ происходит с учетом многослойности конструкции печатного узла, а также неравномерного распределения печатных проводников по поверхности ПУ. Подсистема имеет полный набор инструментов для составления структуры проекта:

Редактор параметров элементов в виде таблицы и диалоговых окон.

Визуальный редактор в двухмерном пространстве.

Визуальный редактор в трехмерном пространстве.

Поддержка экспорта и импорта элементов проекта.

Обширная база радиоэлектронных изделий, содержащая параметры изделий необходимые для механического и теплового расчета.

Подсистема АСОНИКА-ТМ предлагает пользователю статистику по проекту. В том числе время расчета, время сбора данных, время моделирования, время сохранения результатов, ошибка вычислений и др. Для удобства пользователя электрорадиоизделия можно объединять в группы по типам и признакам. Подсистемой поддерживается групповая обработка данных.

Значения параметров ЭРИ (такие как вариант установки, механические параметры выводов) можно задавать и вручную. В подсистему АСОНИКА-ТМ можно импортировать структуры ПУ из САПР для разработки печатных узлов, например PCAD. В таком случае, если некоторые ЭРИ не будут представлены в базе данных подсистемы АСОНИКА-ТМ, то можно задать соответствие - выбрать аналог.

Подсистема АСОНИКА-ТМ позволяет пользователю провести полную настройку конфигурации. А именно, настройку слоев, настройку визуализации на плоскости и в пространстве, воздействия, формы представления результатов расчета, параметры моделирования и др. Доступна также настройка интерфейса программы: цвета, стиля и тому подобного.

Результаты моделирования выводятся в графическом и числовом виде. В графическом режиме пользователю доступны амплитудно-частотные характеристики, амплитудно-временные характеристики, а также поле ускорений и перемещений. Также значения ускорений на электрорадиоэлементах, их сравнение с максимально допустимыми по техническим условиям и значения перегрузок можно получить в виде текстовых таблиц.

Результаты моделирования могут быть сохранены в форматах DOC, TXT, Excel, и в графическом формате BMP.

2.2.2 Входные и выходные данные моделирования

С помощью подсистемы АСОНИКА-ТМ можно проанализировать механические воздействия на печатные узлы РЭС. Доступен анализ на такие механические воздействия как:

Гармоническая вибрация.

Случайная вибрация.

Одиночный удар.

Многократный удар.

Линейное ускорение.

Акустический шум.

Помимо того в подсистеме АСОНИКА-ТМ есть возможность моделирования на комплексные воздействия (механические воздействия с учетом тепла):

Гармоническая вибрация с учетом внешней температуры.

Случайная вибрация с учетом внешней температуры.

Одиночный удар с учетом внешней температуры.

Многократный удар с учетом внешней температуры

Линейное ускорение с учетом внешней температуры

Акустический шум с учетом внешней температуры.

Входными данными для моделирования на механические воздействия являются:

Чертеж или эскиз печатного узла.

Перечень всех электрорадиоизделий смонтированных на ПУ и способ их установки.

Материал печатной платы.

Параметры внешних воздействий (частотный диапазон и амплитуда).

По результатам моделирования будут полученные следующие данные:

Значения ускорений на ЭРИ (в графической форме в виде полей или в числовой, табличной форме).

Амплитудно-частотные и амплитудно-частотные характеристики печатных узлов в контрольной точке.

Значение перемещений, прогибов и напряжений печатной платы.

2.2.3 Руководство пользователя

На рис. 34 изображен интерфейс пользовательского окна подсистемы АСОНИКА-ТМ.

Рис. 33 Основное окно подсистемы АСОНИКА-ТМ

Окно программы можно разделить на несколько областей:

Панель инструментов (расположена в верхней части окна).

Дерево проекта (левая часть).

Рабочая область (самая большая область окна программы).

В дереве проекта печатного узла пользователю доступны такие конструктивные элементы:

Слои - описание слоев печатной платы;

Первая (вторая) сторона - список ЭРИ расположенных на каждой из сторон печатного узла.

Крепления - конфигурация креплений печатного узла в блоке (геометрические размеры креплений и координаты их расположения).

Контрольные точки - расположение контрольных точек (датчиков), установленных на ПУ.

Воздействия - список механических воздействий приложенных к ПУ и их характеристики.

Чтобы добавить новый элемент дерева проектов необходимо выделить родительский элемент, правой кнопкой мыши вызвать контекстное меню и нажать на кнопку «Добавить» или воспользоваться панелью инструментов, во вкладке «Правка» выполнить команду «Добавить». При добавлении нового объекта всплывет диалоговое окно изображенное на рис. 34.

Рис. 34. Добавление нового объекта

В окне необходимо выбрать тип объекта и нажать кнопку «Добавить». При добавлении электрорадиоизделия появляется окно, указанное на рис. 35.

Рис. 35. Добавление ЭРИ



В этом окне пользователь выбирает класс устройства («Интегральные микросхемы», «Конденсаторы» и др.) и из библиотеки выбирает необходимое ему электрорадиоизделие. Также пользователь может выбрать тип установки из предложенных ему и задать позицию расположения ЭРИ на печатной плате.

Если нужно удалить элемент, его сначала нужно выбрать, выделив левой кнопкой мыши, вызвать контекстное меню нажать на кнопку «Удалить». Эту же операцию можно выполнить, если воспользоваться панелью инструментов, во вкладке «Правка» нажать кнопку «Удалить».

Когда все электрорадиоизделия выбраны и расставлены на печатном плате в соответствии со сборочным чертежом печатного узла, необходимо задать контрольную точку, виртуальный аналог вибрационного датчика, и воздействия.

Чтобы добавить механическое воздействие, необходимо в дереве проекта выделить пункт «Воздействие», вызвать контекстное меню и нажать на кнопку «Добавить». Появится окно изображенное на рис. 36.

Рис. 36. Окно выбора механического воздействия

Параметры воздействия задаются в виде графика. Для начала нужно задать диапазоны, частоты, в которой действует внешнее воздействие, и амплитуды. Далее в поле задания воздействия правой кнопкой мыши установить точки, описать, таким образом, амплитудно-частотную характеристику внешнего механического воздействия.

Для запуска расчета на механическое воздействие необходимо в панели инструментов выбрать вкладку «Анализ» и в развернувшемся окне выбрать тип воздействия или на панели инструментов нажать соответствующий значок (рис. 37).

Рис. 37. Панель моделирования

Дальше нужно дождаться окончания расчета. По завершению расчета на экран будет выведено следующее сообщение (рис. 38).

Рис. 38. Окно сообщения о завершении моделирования

Для просмотра результатов расчета необходимо во вкладке «Приложения» выполнить команду «Постпроцессор» или нажать кнопку на панели инструментов. В режиме постпроцессора редактирование проекта запрещено. Если проект необходимо отредактировать, нужно перести в режим препроцессора, для этого во вкладке «Приложения» выполнить команду «Препроцессор» или на панели инструментов нажать кнопку .

В окне постпроцессора необходимо выбрать соответствующей тип воздействия для вывода результатов расчета. Для этого нужно нажать на кнопку в поле «Воздействие». В поле «Характеристика» выбрать интересующую характеристику. Как уже было сказано, доступны характристики ускорений, напряжений, перемещений и прогибов.

На закладках «Вид на плоскости» и «Вид в пространстве» отображены поля выбранной характеристики в двухмерном и трехмерном виде для выбранного значения времени или частоты.

Для просмотра амплитудно-частотной или амплитудно-временной характеристики (АЧХ или ВЧХ) необходимо в дереве проекта выбрать пункт «Контрольная точка» выбрать соответственно контрольную точку и перейти во вкладку «АЧХ (АВХ)» [8].



3. Моделирование телекоммуникационного устройства в АСОНИКА-Т и АСОНИКА-ТМ

3.1 Выбор телекоммуникационного устройства

В данной работе необходимо выбрать телекоммуникационное устройство для обеспечения его надежности. В качестве устройства возьмем автомобильный роутер Int-Car 4G который изображен на (рис. 39).

а)

б) с)

Рис. 39. Автомобильный роутер Int-Car 4G, а) - вид середи, б )- вид сбоку 1, с - вид сбоку 2

Автомобильный роутер Int-Car 4G/LTE - это автомобильный Wi-Fi роутер промышленного класса используется в автомобилях и автобусах. Объединяет устройства, в проводные/беспроводные/3G/4G сети. Разработан специально для использовании в технологии M2M (Machine-to-Machine или Mobile-to-Machine или Mobile-to-Mobile).

В отличие от других сотовых маршрутизаторов, Int-Car 4G/LTE автоматически определяет доступную сеть и подключается к ней. Благодаря функции автоматического переподключения к сетям, маршрутизатор всегда находится в онлайне. В роутер заложено большое количество профилей APN, что позволяет очень просто подключаться к различным операторам, достаточно подключить SIM-карту и включить маршрутизатор.

Поддерживает 3G/4G/LTE интернет.

Поддерживает технологию MIMO.

Использует тип модуляции OFDM.

Автоматически переподключает сети. Позволяет вам постоянно быть на связи Online.

Работает при температуре от -25С до +65С.

Работает в условиях сильных вибраций.

3 съемных выносных антенны SMA.

Скорость загрузки в 4G сетях до 100Мб/с.

Металлический корпус.

Диапазон связи: 3G 2000/3G 900/GSM 1800/GSM 900/LTE 2500/LTE 800

Размер: 150x20x20

Антенный разъем: SMA

Скорость передачи данных (прием): DL:100Mbps

Скорость передачи данных (передача): UL:50Mbps

Размеры корпуса роу

Высота корпуса: 20 мм

Толщина боковой стенки корпуса: 5 мм

Материал боковой стенки корпуса: Al

Толщина верхней стенки корпуса: 5 мм

Материал верхней стенки корпуса: Al

Толщина нижней стенки корпуса: 5 мм

Материал нижней стенки корпуса: Al

Для платы:

Толщина: 1,5 мм

Расстояние от края: 2 мм

Масса ЭРИ: 0,114 кг

Плюсы роутера:

Скорость 4G/LTE интернета до 100 Мб/с.

Работает со всеми стандартами мобильного интернета 2G/3G/4G/LTE.

Можно подключить 30 пользователей или устройств к Wi-Fi.

Wi-Fi работает на расстоянии до 300м. Мощность передатчика Wi-Fi регулируется.

Интернет работает на скорости свыше 100км/ч.

Роутер работает со всеми операторами сотовой связи - выбирайте любого!

Создан для машин! Рабочее напряжение DC 6-40V.

Стабильный интернет на плохих участках обеспечивает 2 выносных антенны.

Автоматически переключается между сетями 2G/3G/4G.

Создан для работы в жестких условиях. Работает при температуре -25C +50C и 24 часа 7 дней в неделю.

Обладает Web-интерфейсом для тонкой настройки.

Данный роутер может использоваться для связи военной техники (рис. 40).



Рис. 40. Военная техника в которой может быть использован мобильный роутер

Печатный узел роутера изображен на (рис. 41).

Рис. 41. Печатный узел роутера



В автомобильном роутере Int-Car 4G/LTE при тряске автомобиля при проезде по неровной дороге возникают механические воздействия - вибрация, и тряска. Также при эксплуатации (использовании) телекоммуникационного роутера в условиях высоких и низких температур возникают тепловые перегрузки. По этим причинам данное устройство подходит для обеспечения надежности при механических и тепловых воздействиях.

На рисунке 42 представленна электрическая цепь роутера.

Рис. 42. Электрическая схема роутера

3.2 Тепловое моделирование блока и платы роутера в программе АСОНИКА-Т

В первую очередь необходимо провести моделирование блока, как это описано во второй главе. Моделирование проводилось при температуре окружающего воздуха 50 градусов Цельсия. Эта температура была выбрана на основании ряда причин: во-первых, по предельной температуре радиокомпонента, наиболее восприимчивого к тепловым воздействиям. Наименьшая предельная температура среди всех радиокомпонентов, используемых в конструкции, составляет 125 градусов. Поскольку данный блок ИВЭП предназначен для гражданского использования, мы будем придерживаться требований надежности для данного рода аппаратуры: запас по нагрузке в 30%. То есть, при моделировании температура элементов не должна превысить 87,5 градусов (120 - 30%). В ходе моделирования было выяснено, что максимальной температурой окружающей среды при использовании рассматриваемого блока ИВЭП, при которой выполняется данное условие, оказалась равна именно 50 градусам Цельсия.

При моделировании тепловых процессов блока был составлен граф, описывающий все необходимые взаимодействия (представлен на рисунке 43):

Рис. 43. Тепловая модель роутера Int-Car 4G в АСОНИКА-Т

Данный граф представляет собой совокупность тепловых процессов, происходящих с блоком. Сплошные линии обозначают кондуктивное сопротивление, пунктирные - конвективное. Что касается лучистого сопротивления, его роль становится важна при увеличении температуры, поскольку данный блок рассматривается не в нормальных условиях, его также необходимо учитывать. Его символизируют волнообразные ветви графа. Входными данными для моделирования стали размеры корпуса, платы, мощность, рассеивающаяся на плате, температура полки и окружающего воздуха. Выходными данными стали температуры в узлах модели, которые приведены в таблице 2:

Таблица. 2. Результаты Расчета тепловой модели средних температур стенок корпуса роутера и печатных узлов роутера в АСОНИКА-Т

№ Узла	Имя узла	Температура, °C
1	Левая стенка	42.7
2	Верхняя стенка	42.4
3	Передняя стенка	42.8
4	Нижняя стенка	42.5
5	Задняя стенка	42.8
6	Правая стенка	42.7
7		35
8	ПУ 1	45.5
9	ПУ 2	45.5
10	ПУ 3	45.5
11	ПУ 4	45.5
12	Воздух сверху ПУ	43.3
13	Воздух снизу ПУ	43.3

Модель, описанная на (рис. 43) необходима для того, чтобы получить температуры воздуха над платой и под ней. Но, само собой, рассмотрение платы как одной точки не дает представления о распространении тепла по радиокомпонентам, поэтому смоделированная модель изображенная на отображает несколько точек. Температура стенок и печатног узла полученные в результате моделирования не привышают допустимых 50С.

Для улучшения работы роутера можно добавить вентилятор для понижения температуры. Благодаря вентилятору создается воздушный поток через весь блок. Для моделирования его воздействия следует разделить этот поток на два: над платой и под платой для отвода тепла от трансформатора. Типовой вентилятор имеет скорость вращения лопастей 3.6 м/с. Этой скорости вплне достаточно для еще более эфективной работы стенок роутера и печатного узла роутера при тепловых воздействиях. С помощью вентилятора температура снизится до 25С.

Заметным улучшением является перераспределение тепла из-за добавления вентилятора.

3.3 Моделирование печатного узла роутера в АСОНИКА-ТМ

Для того чтобы провести анализ работы роутера в условиях механических и тепловых воздействий необходима модель печатного узла роутера Int-Car 4G в АСОНИКЕ-ТМ которая изображена на (рис. 44).

a)

б)

Рис. 44. a) 3D модель печатного узла роутера Int-Car 4G в Асонике ТМ. б) 2D модель печатного узла роутера Int-Car 4G в Асонике ТМ

Так как полученная 3D модель печатного узла роутера в Асонике ТМ смоделирована, приступаем к механическим воздействиям на нее. В качестве механических воздействий выбираем - гармоническую вибрацию, а точнее ускорение корпуса ЭРИ и участков ПУ. Так как эти воздействия покажут работу устройства в необходимых для нас условиях. Проведем механическое моделирование в той же среде - АСОНИКА - ТМ. После механического моделирования проведем тепловое моделирование в той же среде - АСОНИКА - ТМ.

3.3.1 Моделирование печатного узла при механических воздействиях

На (рис. 45) изображен печатный узел при механических воздействиях:

гармоническая вибрация - ускорение корпуса ЭРИ и участков ПУ при частоте = 998.000 Гц.



a)

б)

Рис. 45. механические воздействия на печатный узел роутера: гармоническая вибрация - ускорение корпуса ЭРИ и участков ПУ при частоте = 998,000 Гц.

В результате моделирования механических воздействий на печатный узел роутера получены перегрузки на транзисторах С4 и С5. В таблице 3 получены результаты работы всех электронных компонентов на плате при механических воздействиях на нее.



Таблица 3. Результаты работы всех электронных компонентов на плате при механических воздействиях (гармоническая вибрации) на нее



На (рис. 46) изображена полученная АЧХ. Зависимость амплитуды. Ускорения от частоты. (Гармоническая вибрация) печатной платы при механических воздействиях.

Рис. 46. АЧХ. Зависимость амплитуды. Ускорения от частоты. (Гармоническая вибрация) печатной платы при механических воздействиях

На (рис. 46) видно скачек гармонической вибрации - он и является перегрузкой.

3.3.2 Моделирование печатного узла при тепловых воздействиях

На (рис. 47) смоделирован печатный узел при тепловых воздействиях на него, а точнее при высокой температуре в которой максимально может использоваться электронное устройство -50С и +50С.



a)

б)

Рис. 47. Тепловые воздействия на печатный узел роутера при высокой и низкой температуре

В результате моделирования тепловых воздействий на печатный узел роутера получены перегрузки на материнских платах D1, D2, D4 и 48. В таблице 2 получены результаты работы всех электронных компонентов на плате при тепловых воздействиях на нее.



Таблица 4. Результаты работы всех электронных компонентов на плате при тепловых воздействиях на нее



Вывод: Для обесечения надежности (стабильности) работы роутера (печатного узла и корпуса) при тепловых и механических воздействиях внесем измененния в конструкцию роутера:

1) Вентилятор для предотвращения перегревов - 1 шт;

2) Дополнителное крепление ПУ к корпусу роутера - 2шт;

3) Увеличим толщину печатной платы на 0.5

Данные изменения повысили надежность работы роутера при тепловых и механических воздействиях. После внесения изменений в роутер при повторном моделировании перегрузок не возникло. Это означает что надежность и стабильность работы роутера (телекомммуникационного устройства) обеспечена.



Заключение

В результате проделанной работы был проведен сравнительный обзор программных средств для моделирования телекоммуникационного устройства. Выбронное програмное средство АСОНИКА-Т и АСОНИКА-ТМ показали отличный результат. В качестве устройства был выбран роутер. Проведено моделирование печатного узла в программе АСОНИКА-ТМ и тепловой модели корпуса и ПУ в АСОНИКА-Т. Определины механические и тепловые режимы работы телекоммуникационного устройства. В процессе работы были изучены программы АСОНИКА-Т и АСОНИКА-ТМ в которых были проведены расчеты и исследования. Были выявлены недостатки объекта исследования - роутера и обеспечена надежность, стабильность работы. Проведено моделирование самого роутера, а также тепловых и механических воздействий оказываемых на него. Были предложены изменения в конструкции роутера для исправления недостатков перегрева и перегрузок в работе роутера. Выяснено, что результаты работы могут быть применимы при проектировании мобильных роутеров.

В результате всей проделланой работы была достигнута цель работы смоделировать телекоммуникационное устройство для надежной работы при тепловых и механический воздействиях.



Список использованных источников

1. Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадежных радиоэлектронных средств на принципах CALS-технологий. / Под редакцией Ю.Н. Кофанова, Н.В. Малютина, А.С. Шалумова Том 1 Москва, «ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ», 2007.

2. Библиотека расширений - Чем открыть // chem-otkrit.ru//.

3. Свободная энциклопедия Википедия //ru.wikipedia.org//.

4. Кофанов Ю.Н Автоматизированная система обеспечения надежности и качества аппаратуры // asonika.ru/.

5. Автоматизированная система обеспечения надежности и качества аппаратуры // asonika-online.ru/.

6. Кофанов Ю.Н., Шалумов А.C., Журавский В.Г., Гольдин В.В. Математическое моделирование радиоэлектронных средств при механических воздействиях.: Радио и связь, 2000. - 226 с.

7. Автоматизация проектирования и моделирования печатных узлов электронной аппаратуры / Ю.Н. Кофанов, Н.В. Малютин, А.В. Сарафанов, С.И. Требугов, А.С. Шалумов.: Радио и связь, 2000. - 389 с.

8. Кофанов Ю.Н., Новиков Е.С., Шалумов А.С. Информационная технология моделирования механических процессов в конструкциях радиоэлектронных средств.: Радио и связь, 2000. - 160 с.

9. Ю.Н. Кофанов, А.С. Шалумов, К.Б. Варицев и др.; Под ред. Ю.Н. Кофанова. Моделирование тепловых и механических процессов в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры с помощью подсистемы АСОНИКА-ТМ - М.: МГИЭМ, 1999. - 139 с.

10. Кофанов Ю.Н., Малютин А.С., Шалумов А.С., Автоматизированная система АСОНИКА для проектирования высоконадежных радиоэлектронных средств на принципах СALS-технологий - М.: Энергоатомиздат, 2007 г. - 368 с.

11. Кофанов Ю.Н. Теоритические основы конструирования, технологии и надежности радиоэлектронных средств: Учебник для вузов. - Москва: Радио и связь. 1991. - 360 с.

12. АСОНИКА-Т - руководство пользователя.

13. АСОНИКА-ТМ - руководство пользователя.

14. Травкин Д.Н. Разработка автоматизированной подсистемы для моделирования механических процессов в конструкциях БРЭС.: Наукоемкие технологии. - 2011. - № 11. - С. 38-45.

15. Кубланов М.С. Математическое моделирование. Методология и методы разработки математических моделей систем и процессов. Часть 1. Издание четвертое: Учеб. пособие. М.: МГТУ ГА, 2013.

16. Лебедев А.Н. Моделирование в научно-технических исследованиях. М.: Радио и связь, 1989. - 224 с.

17. Мышкис А.Д. Элементы теории математических моделей. - М.: Физматгиз, 1994. - 192 с.

18. Остроменский П.И. Вибрационные испытания радиоаппаратуры и приборов. - Новосибирск, издательство Новосибирского университета. 1992.

19. Токарев Д.Ф., Талицкий Е.Н., Фролов В.А. Механические воздействия и защита РЭА, - М.: Радио и связь. 1984. - 224 с.

20. Ильинский В.С. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий. - М.: Радио и связь, 1982. - 295 с.

21. Маквецов Е.Н., Тартаковский А.М. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1993. - 200 с.

22. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов. - М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 528 с.

23. Дмитриевский Е.С. Техническая эксплуатация, надежность и диагностика авиационного радиоэлектронного оборудования: Учебное пособие/ СПГААП. СПб., 1996.

24. Новиков В.С. Техническая эксплуатация авиационного радиэлектронного оборудования. М.: Транспорт, 1987.

25. Таллицкий Е.Н. Защита РЭА от механических воздействий: Уменьшение резонансных колебаний: Учеб. пособие. - Владим. политех. ин-т, 1979. - 90 с.

26. Таллицкий Е.Н. Виброзащита РЭС полимерными демпферами: Учеб. пособие. - Владимир: Владим. политех. ин-т, 1993. - 86 с.

27. Таллицкий Е.Н. Расчет вибро-, ударопрочности и устойчивости конструкций электронных средств: Учебн. пособ. - Владимир: Владим. гос. ун-т, 1998. - 58 с.

28. Мареев В.В., Станкова Е.Н. Основы методов конечных разностей. - СПб: Издательство Санкт-Петербургского университета, 2012 г. 64 с.

29. Смарский А.А., Николаев Е.С., Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978г. - 592 с.

30. Соловейчик Ю.Г., Рояк М.Э., Персова М.Г., Метод конечных элементов для скалярных и векторных задач. - Новосибирск: НГТУ, 2007. - 896 с.

31. Галлагер. Р. Метод конечных элементов. Основы: Пер. с англ. - М. Мир. 1984 г.

Размещено на Allbest.ru

...