FloEMC_Flotherm中文教程热仿真软件Tutorial2_5 1 chinese

FLO/EMC V5 Introductory Training CourseTutorial 2TUTORIAL 2: 对电源机箱的抗扰性能进行建模分析在这个教程中，利用FLOEMC 来对带有不同配置的缝隙、开孔或通风板的空机箱进行建模。模型的激励源是幅度为1V/m 的平面波，在机箱内放置一个正方形的环天线用来监测机箱内的场并用来度量机箱的屏蔽效能。本教程一步步地指导用户来建模并分析。 1. 设置边界的尺寸和边界类型2. 建立几何模型3. 定义网格、激励源、材料和输出4. 求解并对结果进行分析Tutorial 2 带通风板结构机箱的屏效分析通过Start/All Programs/Flomerics/FLOEMC 5.1/FLOEMC 5.1 或使用桌面图标 来启动FLO/EMC。一个弹出式界面提示有关版本的信息，随后打开项目管理器窗口Project Manager (PM) 通过选择Project/Save As来将项目存成一个新的项目名，在项目管理器Project Manager (PM)中，在Project Name中输入 “Tutorial 2”。在Title一栏中，输入 “Simple Electronics Box”，在Notes栏中输入“Simple electronic box with apertures, slots and an air-vent excited with a plane wave.”。在Date和Time栏中可以分别为分析项目设立日期和时间标签。请注意: 使用“Notes”能更容易地跟踪分析模型的改变，而且当协同工作的工程师们交换模型时，这是一种很便捷的方式。点击OK来退出Edit Notes对话框，将分析项目保存。在项目管理器窗口中，通过点击 Model/Modeling来打开 “Modeling”对话框。在此请注意分析项目可选的不同的分析类型：我们采用的是“immunity-shielding”的分析类型。激励源是一幅度为1V/m的平面波，平面波的传播方向为-Z 方向，极化方向为Y 方向。分析的频率范围是零频率到2 GHz。为了让求解器知道需要仿真多长时间，设置Max simulation duration为 100 ns (仿真时间也可以用长度单位m来做为单位设置) ，并设置“Termination resid. Energy”（求解器终止时的残余能量）为1e-6，这样求解器在两种情况下会终止：已经仿真了100 ns 或者当系统残余能量为其初始能量的1e-6时，无论哪个条件满足时求解器就可以自动终止。点击OK来退出“Modeling”对话框。选择Edit/Preferences，确保Display Positions in设置为“Absolute Coordinates（绝对坐标系）”，点击OK来退出“User Preferences”对话框。选择Edit/Units，设置LENGTH为in，FREQUENCY为 MHz， TIME为nano-s。 FLO/EMC能够将单位设置成最方便于用户的单位。 在项目管理器中，点击“Drawing Board（绘图板）”图标 ()来打开绘图板窗口，这是FLOEMC中带有CAD 风格的建模窗口。 调整窗口的大小使其正好位于项目管理器件窗口的右手边。请注意绘图板窗口中给出了3个两维线框视图以及一个三维的线框视图。在项目管理器窗口中，右键点击 System来打开System Menu对话框。选择 Location将求解域的Position设置为 (7,7,10) 英寸并将求解域的 Size设置为(14,14,20) 英寸。再一次右键点击 System 来打开System Menu对话框。选择 Faces，确保所有的Boundary Face Types（边界条件）设置为Open，这将仿真开放空间的情况。点击键盘上的快捷键“r”来将各线框视图调整到最大。 在项目管理器窗口Project Manager (PM)中，点击Palette（选项板）图标 (按F7也会有同样的效果)。选项板中包含了所有在FLOEMC中可以创建的物体，如Enclosures（机箱）、PCBs（电路板）、 Wires（线缆）等。 高亮选中Root Assembly，然后点击选项板中的机箱图标，这将创建一个和求解域相同大小的机箱。选中“Enclosure”，右键点击 “Enclosure”弹出弹出式菜单 Enclosure Menu，选择 Location并将location改为 (3,3,6)英寸。选中“Enclosure”，右键点击 “Enclosure”再次弹出弹出式菜单 Enclosure Menu，选择Construction并将机箱的外壁尺寸设置为(6, 6, 12) 英寸，检查 Modeling Level选择为 Thin，将机箱的厚度改为1.2 mm。点击OK完成设置。为了考虑由于机箱侧板之间非理想贴合而形成的缝隙，我们在机箱模型中添加5条缝隙。为了允许空气进出机箱，我们在机箱的背面增加一个开孔，随后我们用通风板模型来覆盖此开孔。.在Project Manager中，点击Enclosure 前的 (+)好用来展开机箱。选中侧板 Wall(Low Y)，然后点击选项板中的图标 Hole用来添加缝隙。选中Hole 名称并在名称上再一次点击，将Hole名称改为 “Bottom Left Slot”，结束 Edit Name 功能，只需点击项目管理器中其它任何地方。右键点击 Bottom Left Slot，在弹出式菜单 Hole Menu中选择 Location，将位置设置为 (3,3,5.75)英寸。再一次右键点击 Bottom Left Slot，在弹出式菜单 Hole Menu中选择 Construction，将Hole Type 设置为缝隙（slot），改变长度为0.05英寸，宽度为10.5 英寸，分段数（number of segments）为2。请注意：分段数表示了由于若干个接地点而将缝隙分开的分段数，这些接地点代表了螺钉或铆接这样的实际物理结构选中Bottom Left Slot并在键盘上按 Ctrl+C ，这将拷贝选中的缝隙。选中 Wall(Low Y)并按键盘上的Ctrl+V，这将会将缝隙粘贴到 Wall (Low Y)。选中刚拷贝过来的缝隙，将其重命名为 Bottom Right Slot。右键选中Bottom Right Slot在弹出式菜单Hole Menu中选择Location 并将Position设置为 (2.95,3,5.75)英寸。我们现在要在侧板Wall(Low Z)中再创建3个新缝隙和一个开孔。 选中侧板Wall(Low Z)并点击选项目板Palette Menu中的Hole图标，将hole的名字改为 Left Seam，右键点击Left Seam并在弹出式菜单 Hole Menu中选择 Location，将position设置为 (-3,3,6)英寸。再一次右键点击Left Seam并在弹出式菜单 Hole Menu中选择 Construction，将长度 Length 改为0.05英寸，宽度Width为6英寸，孔的类型Hole Type为Slot，分段数 number of segments 为2。选中Left Seam并按键盘上的Ctrl+C来拷贝此缝隙，然后按键盘上的Ctrl+V来添加到侧板 Wall(Low Z)。选中刚才创建的缝隙并将其重命名为Right Seam，右键点击 Right Seam 在弹出式菜单 Hole Menu中选择 Location并将 position设置为 (2.9,3,6) 英寸。选中侧板Wall(Low Z)，点击选项板中的Hole图标 来创建另一个缝隙。将 hole的名字改为Top Seam，右键点击在弹出式菜单中选择 Location来将position改为(3,2.9,6)英寸。右键点击在弹出式菜单中选择Construction，将孔的类型改为seam（搭接缝隙），长度设置为6 英寸，宽度为0.05英寸，搭接长度 overlapping length为0.2英寸，分段数 number of segments为2。请注意：搭接缝隙是具有一定深度的缝隙，必须设置好搭接长度。选中侧板Wall(Low Z)，在选项板中点击Hole图标，将孔命名为Vent，右键点击此孔并在弹出式菜单Hole Menu中，将Vent的position设置为 (2.25,1,6)英寸，孔的类型设置为hole，长度为4.5 英寸，宽度为1英寸。接下来我们要在机箱前面的侧板上为风扇开孔，然后再添加风扇和通风板结构。在这个模型中，机箱前面的风扇开孔和前面的侧板具有相同的大小，在这种特殊情况下，我们只需要通过除去机箱前面的侧板来为风扇创建开孔。在FLOEMC中，我们能很方便地除去机箱的任何侧板除去前面的侧板的方法是：选中根目录（Root Assembly）下的机箱（Enclosure），右键点击Enclosure ，在弹出式菜单中选择 Construction，在Enclosure对话框中，将Side Details For 设置为Zo-High并点击Define按钮，去掉Side Exist选项，按OK关闭对话框。为了察看三维模型图，从Drawing Board或Project Manager中点击Flomotion图标，如果鼠标指针不像“手”的形状，请点击Flomotion 中的 手 图标 。Click 鼠标点中Flomotion窗口中的一点，移动鼠标指针的位置来旋转三维模型，改变观察的角度。或者也可以移动窗口左下角的滚轮来旋转模型，或右下角的滚轮来调整模型在窗口中显示出来的大小。你可以看到尽管机箱上的孔 holes能明显显示出来，但机箱上的缝隙 slots和搭接缝隙seams却不能。实际上这是由于 slots和seams都是FLO/EMC中的精简模型（smart parts），它们在求解时并不需要被离散（划分网格），但它们的作用将会被完全考虑进去。在项目管理器窗口中选中slots或seams后在FLOMOTION 中将会看到它们对应的轮廓位置。 用鼠标在Drawing Board中添加通风板，首先确保 toggle mouse mode是设置在箭头图标，然后点击视图 View:2 2D+Z中的任何一点来激活此窗口。点击Picture Mode图标来放大此窗口，通过点击箭头图标改变toggle mouse mode 为手模式。为了放大 模型，右键点击机箱的左上角并按住鼠标不放，接着拖动鼠标至机箱的右下角，然后再一次改变 toggle mouse mode为箭头模式。如果选项板没有打开请点击选项板图标来打开它， 检查 toggle snap grid图标，贴附的模式有: 贴附到物体（snap to object）, 贴附到求解网格（snap to grid） 以及自由贴附。将 toggle snap grid设置为贴附到物体.。点击通风板图标 并移动鼠标从左上角到右下角来绘制通风板。为了调整通风板的尺寸，在Drawing Board中选中通风板（通风板显示为红色高亮状态），拖动高亮的点（线的中间）来调整通风板的大小，或点中高亮点之间的点来移动通风板的位置。 再一次点击Picture Mode图标来回到四视图显示状态。在Project Manager中，点击选中Perforated Plate，在Drawing Board中，从视图 View 0: 2D+Y中可以看出，通风板在Z方向并没有处于正确的位置上。按住 Shift键不放，点击高亮点之间的点，将通风板移动到机箱Z方向最小的侧壁上。现在通风板就处于正确的位置上了，可以通过检查通风板的Position是否为(2.25,2,6)英寸来验证。右键点击Perforated Plate,在弹出式菜单中选择 Construction，弹出 Perforated Plate Menu对话框，检查通风板的尺寸为 (Xo = 1.0,Yo = 4.5) 英寸。将通风板的厚度设置为1.2mm，将通风板上的开孔类型（Hole type）设置为圆孔（Round），孔的直径为10mm。设置Coverage栏中的各参数如下： Xo Pitch = 11 mm ，YoPitch=11mm。这个对话框用来定义开孔率，所谓开孔率指的是孔的面积和总的通风板面积之比。缺省情况下，软件自动根据定义的开孔的情况来计算 开孔率。pitch用来设置两个孔之间的间距（如下图）。 或者，开孔率也可以直接输入。 注意： 缝隙（slots），搭接缝隙（seams）以及通风板（perforated plate）都是精简模型（ Smart Parts）。他们并不需要详细的网格划分。通风板覆盖了以前定义的开孔，FLO/EMC为创建的各部件采用等级管理，如果两个物体有重合，那么在目录树中靠后的物体将会覆盖掉以前定义的物体。要说明的是也可以不用去定义开孔因为通风板模型将会覆盖掉机箱的侧壁。 选中根目录（Root Assembly），在选项板中点击风扇图标 ，右键打开Fan Menu将风扇的位置设置为(3,3,5) 英寸，右键打开Fan Menu选择Construction，将风扇设置为 Axial Fan，将风扇轴的直径（ Hub Diameter）设置为3英寸。外部的直径（Outer Diameter）设置为 6 英寸，风扇的深度（FanDepth）为 1英寸，并将 Modeling Level设置为 3D, 8 Facets。选中根目录（Root Assembly），在选项板中点击线缆（Wire）图标，在项目管理器中，点击Wire前面的(+)号来扩展此目录，右键Wire，打开弹出式对话框Wire Menu，选择Location并将位置设置为 (46,46,0) cm。在项目管理器中，选中Wire，将其重命名为Loop Antenna。选中Loop Antenna后连续4次点击线点（Wire Point）图标 来添加另外4个线的端点。右键点击第一个线的端点Wire Point: 0并选择Location，弹出Edit Smart Part Menu 对话框，将其位置设置为(4,-4,0) cm，采用相同的方法来改变其它几个端点的位置如下：Wire Point:0(4,-4,0) cmWire Point:1( 4,-4, 0) cmWire Point:2( 4, 4, 0) cmWire Point:3 (-4, 4, 0) cmWire Point:4(-4, 0, 0) cmWire Point:5(4,-4, 0) cm将线端点 “Wire Point:4”重命名为“Load”，右键点击 “Load” 并选择Feature，选中Impedance和current output选项，并将Impedance的值设置为50 Ohm。右键点击 Loop Antenna，弹出Wire Menu对话框，选中 Definition，在“Wire Definition Menu对话框中确保线直径（Wire Diameter）设置为1mm。在Drawing Board中的视图View: 0 2D+Y里点击任何地方来激活此窗口，在Project Manager中选中 Loop Antenna，接着在Drawing Board中点击顺时针旋转（Rotate-clockwise）图标icon ，这将以Y轴做为旋转轴顺时针旋转loop antenna，角度为90度。在创建好线环以后，可以把它存在库里，这样如果下次要用到的时候就可以不用重复再建此线环模型了。为了做到这一点，通过点击Project Manager中的库图标来打开库管理器，点击库文件夹前的(+)号来展开库。在Project Manager中，选中Loop Antenna，按住鼠标并将Loop Antenna 拖到库管理窗口中的库文件夹里。Loop Antenna 就被存放到FLO/EMC的库里，可供下次调用。现在给模型赋材料并进行网格划分。 在FLOEMC中，库中包含了常用的金属和介质材料，使用库中的材料，首先要打开库管理窗口。如果没打开，可以在Project Manager中点击库图标 来打开它。为了选择你要使用的材料（在本例中如纯铝），通过点库文件夹前的+号来展开库，在“Metals”文件下，点击Aluminum(Pure)并将其拖拽到Project Manage中的 Enclosure 上。 为确保材料已经被正确地赋给了Enclosure，右键点击 Enclosure并选中Material，在Material Menu对话框中看材料“Aluminum”是否已经赋给了Enclosure check that，点 Dismiss退出。点键盘上的“F7”快捷键来退出库管理。在Project Manager中右键点Fan并选择 Construction，在 Fan Menu对话框中，点 Select来赋材料给Fan，本例中无论轴（Hub）还是底座（Base）的材料都被设置为Aluminum。点OK来结束 Fan Menu对话框。 点Drawing Board 来激活绘图板窗口，点键盘上的快捷键“g”来显示求解网格。 现在通过网格强制（grid constraints）来对网格进行加密。在Project Manager中右键点Enclosure并选中 grid constraints，在 Grid Constraints Menu对话框中点New，接着在Grid Constraint Modeling Menu窗口中输入最大尺寸（maximum size）为9mm，在“name”栏中输入网格强制的名字为 “XY Grid”并点OK来关闭此对话框。 在Grid Constraint Menu对话框中选择XY Grid, 设置Applies to到Xo-Direction，按Attach来完成对X方向的网格强制。 同样的方法来对Y方向进行网格的强制划分。这样无论是X还是Y方向都进行了强制网格划分，强制划分的网格尺寸为9mm。当对网格的观察结束后，在Drawing Board中再次点快捷键“g”来关闭求解网格的显示。接下来对FLO/EMC生成的网格进行研究和优化。在Drawing Board中将 toggle mouse mode设置为“箭头”图标，接着在视图 View:2 2D+Z中任何地方点击来激活此视图。 点Picture Mode图标来扩大此视图，通过点“箭头”图标来将toggle mouse mode设置为手模式，为了放大模型，点击机箱的左上角并将鼠标指针移动到机箱的右下角，再一次将 toggle mouse mode切换回箭头模式。注意通过应用网格强制我们如愿地对详细的风扇结构进行了更精细的网格划分，同时在机箱外面以及机箱内大量的空白区域也会导致不必要的详细网格划分。FLO/EMC将会通过自动组合那些不必要的详细网格划分来优化计算效率。在Project Manager 中依此选择Solve/Cell Combining来激活 “Edit Cell Combining”对话框，确保选项“Activate Automatic Cell Combination”被选中并点击 OK来退出此对话框。在Project Manager中选中 Root Assembly，点击空间电磁场输出区域（ Volume Region ）图标 a和观测点（Monitor Point）图标 。Volume Region用来对其定义的区域内的电、磁场进行监控，在 Project Manager中右键点击Volume Region并选择 Location，点 “Size to Solution Domain”按钮来创建一个和求解域同样大小的场输出区域，此区域的大小也可以通过手动来设置。在 Project Manager中再次右键点击Volume Region并选择 Output，在 3D Field Output Attribute 对话框中，选择E and H Field，点 Attach来确认，点Dismiss结束设置并退出。在 Project Manager中右键点击并选择Field Components，选择 E and H field， 点Dismiss结束设置并退出。将Monitor Point重命名为 “Monitor Point Antenna Center”。将Monitor Point的位置设置为 (0,0,0)英寸。注意: Volume Region的大小可以设置的比求解域大，尽管超过求解域的部分的场将不会去计算。为了监测远场的输出结果，观测点（monitor points）以及圆柱扫描图（cylindrical scan）可以设置在求解域之外。我们现在就可以对模型进行仿真。在Project Manager中点击开始运行图标。在弹出的“Message Window”对话框中显示了模型潜在的错误、与模型有关的一些有用信息、求解结束时的一些报告。 一些“信息”（“informational”） 提示将会被忽略。当求解器启动后，TLM求解器将会跟踪求解过程，给出估计的求解所需的时间。 同时，在弹出的“Profiles”窗口中将会同步显示系统能量随时间的衰减规律， 另外，在仿真运行过程中，你可以随时监测时域的输出结果。在Project Manager中或 Drawing Board中点击“停止”图标( ) ，弹出Interrupt Options对话框。选中 Save and Continue 选项并点OK结束设置。现在就可以在Profiles窗口中显示保存好的输出结果。在Profiles Window中点Create New Plot 图标() ，弹出 Create New Plot对话框。选择 Time Domain Response来显示时域的输出结果。 一旦模型求解结束以后， FLO/EMC将会自动开始后处理过程，当后处理结束以后，在“profiles”窗口中就可以显示频域的输出结果。 依此选择Edit/New后选择Frequency Domain Response，并点OK来完成，接着在Plot Parameter窗口中点缺省设置，一根曲线将用来显示观测点的频域输出结果。接着在Plot Parameter窗口中选择“Data Type”为“wire point”，“Data Item”为 “Load”，“Variables”为“Current”,来显示加载点的电流随频率的变化趋势。在wire point频域响应曲线中，我们可以很容易地标识出一些谐振频率点。右键点击“Profiles”窗口的空白处，然后依次选择Locate/Extrema, 接着点峰值处就可以显示那些对应的峰值频率点。谐振频率点主要有几个： 830 MHz 1366 MHz1504 MHz 1987 MHz为了可视化那些关键频率点处的场和电流，我们需要添加那些关键频率点到Volume Region中，重新开始仿真并保存那些频率点处的场和电流值。 在Project Manager中，依次选择 Solve/Snapshot Output 来打开“Snapshot output”对话框，在频率点窗口中插入“830” MHz并点“Add”来添加这些频率点。同样的方法来添加其它的一些频率点。点OK来关闭窗口。点 开始图标 ()来启动求解器。 在求解结束以后，从Drawing Board或Project Manager中点 FLOMOTION图标 来打开FLOMOTION窗口。点箭头图标 改变鼠标指针的形状来切换到 selection模式 (或使用键盘上的 “Esc”来在两中模式之间切换) 。选择“Region”并点F12来隐藏。接下来，在Flomotion中点 Hand 图标 来允许对显示窗口中的物体显示方向进行操作。 首先我们要选择那些要观察其对应结果的几何物体。选择机箱的一个侧面，按 “F12”来隐藏。这样就可以看到机箱里面的具体结构。Click and hold to 点中模型的左上角并按住鼠标，拖动鼠标来选择所有的几何物体。被选中的物体用一个红色边界来高亮显示。如果没有选中所有的物体，重复相同的所有的过程。依次选择Editors/Plot (或者在FLOMOTION窗口中，在左上角点Plot Editor图标) ，这样就可打开 Plot Editor窗口。在Plot Type窗口中选择Surface，接着点Create. 选中 Display Scalar选项来显示Surface Current，点Add来添加表面电流的输出到选定的几何物体。注意这也将同时显示线电流。缺省情况下，显示的是表面电流的峰值（Peak），通过在类型的下拉式菜单中选择“Instantaneous” 来将峰值改变为瞬时值。 点Play按钮来运行动画显示，注意线上电流的颜色变化情况，说明线缆是在谐振状态。为了进一步验证这一点，需要创建一个可视化的场截面分布图。在FLOMOTION窗口中，检查Plane Plot Panel被设置为 Electric Field”并点Create Show Plane Plot按钮，在几何物体的中心将会创建一个可视化的平面。在Plane Plot Panel将可视化平面的方向设置为X方向。在Plot Editor窗口中，绘图的类型已经被设置为 Plane并且已有一个创建好的平面。你可以使用此对话框来进一步调整可视化的平面。比如，除去选择Manipulator来关闭几何物体中心的十字形箭头。再一次点击Play Animation按钮，FLOMOTION将会以动画形式显示电流和电场随相位的变化。电场截面分布图也说明在此谐振频率点谐振是由于天线环的谐振引起 (环周长 一个波长)。注意: 我们看到的结果是在832MHz时的情况。要看其它谐振频率点的结果，依此选择File / Load Frequency/Time Data 并选择其它频率，如1987 MHz。再一次运行动画，再次观察环天线上的色标表示的电流分布规律，结果表明此谐振也是由于环天线的谐振引起的 (环天线工作在高次谐振模，此时环周长 数个波长)。使用FLOMOTION的一些小技巧：-选择（“selection”）模式和手（hand ）模式可以通过键盘上的快捷键Esc来切换。-“Plot editor”中能用来绘制矢量值、瞬态值或峰值。显示平面可以通过滚动条（ slide bar ）或滚轮（manipulator）来移动其位置。-标度值能通过Editors/Legend操作来调节。 -动画能够前向或后向去播放。关闭 FLOMOTION，不保存电流显示的绘制图。为了计算机箱的屏蔽效能，需要观察当模型中机箱被移除后环天线上的耦合电流。 在Project Manager中，依次选择Project/Save As。在项目名称（Project Name）一栏中，输入“Tutorial 2 antenna”，点OK来保存模型。为了在模型中隐去机箱，在Project Manager中选中机箱（enclosure）并点击隐去（Deactivate）图标，重复以上的过程来隐去风扇和通风板。 点击 运行图标 () 来运行求解器，当求解器运行以后，将会弹出“Profiles”窗口，在此窗口中显示能量衰减曲线。当求解器运行以后，你能监控观测点处任意时刻的时域响应值。在Project Manager中点 停止 图标 ( ) 后，在终止选项（ Interrupt Options ）窗口中，选择Save and Continue 选项并点OK，保存好的结果将会在 Profiles窗口中显示出来。在Profiles Window窗口中点Create New Plot图标()，将会弹出Create New Plot 窗口，选择 Time Domain Data v Time 来显示时域的结果。F12当求解器结束以后，在Profiles窗口中选择Edit/New来打开 Create New Plot窗口。(或者可以在Profiles窗口中点击选项板图标)。在Create New Plot窗口中，改变类型为Frequency Domain Response，点OK。此操作将弹出Plot Parameters窗口同时显示出另一根在观测点处的电场值曲线，点OK退出。同样的方法来创建另一根曲线用来显示线端点（wire point）上的电流的频域