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當仿真與試驗結果不一致怎么辦?

有限元: 2019-06-10 10:19:19 閱讀數(shù): 10595 分享到:

長期以來,一直有個玩笑在技術部門流傳:

"除了試驗工程師,每個人都相信試驗結果"

"除了計算工程師,沒有人相信CAE分析的結果"


經(jīng)典的兩句話,形象地描述了產(chǎn)品試驗與產(chǎn)品仿真,在產(chǎn)品驗證過程中被分別對待的態(tài)度。一直以來,質量體系都在提倡進行CAE,其優(yōu)點可以列舉:節(jié)約時間、降低成本、縮短上市周期等等。但實際上,CAE更重要的作用,在于校核產(chǎn)品設計和指導產(chǎn)品設計,提高對產(chǎn)品性能的認識,這是對產(chǎn)品技術水平提升最為關鍵的。

但是,為什么許多人會不相信CAE仿真呢?


統(tǒng)計學家GeorgeE. P. Box所言:所有的(數(shù)學)模型都是錯的,但有些還是有用的。(essentially, allmodels are wrong, but some are useful)所有的模擬仿真,都不可能絕對的實現(xiàn)對現(xiàn)實的模擬,它們都要依賴各種各樣的假設和數(shù)學模型,這些模型并不見得能夠很好的反映現(xiàn)實世界的情況,即便是那些優(yōu)秀的模型,也只能在特定的情況和時期、特定的精度之內貼近實際,既然是近似模擬,就必然會存在誤差。


以元王某個熱仿真項目為例,客戶需要分析某電子產(chǎn)品在85℃環(huán)境下各芯片的溫度情況,但仿真分析的溫度數(shù)據(jù)相對于實驗結果整體偏大。由此,客戶對仿真結果準確性提出質疑,元王仿真工程師在了解到客戶的疑慮后,也在積極排查差異結果原因。


在熱仿真分析中,仿真與試驗結果不一致很可能是以下原因所致:

序號

仿真與試驗對標檢查清單

容易引起誤差的地方

1

熱損耗是否一致?

1、仿真熱損耗是理論計算的(實測電流/電壓間接計算的)

2、試驗時測試樣品的熱損耗可能是隨溫度/電流/工況等變化的。

2

仿真時各零部件材料參數(shù)(導熱系數(shù)/比容/密度)是否正確?

1、除了部分結構件外,許多電子元器件都是由多種材料組成的,這些器件的當量導熱系數(shù)難以確定。

2、即使部分芯片廠家提供雙熱阻模型,但是由于芯片測試標準與實際使用工況不一樣,也會引起誤差。

3

環(huán)境條件是否一致?

1、環(huán)境溫度,仿真時溫度可以設置恒定的,但實際溫箱環(huán)溫有波動。

2、環(huán)境氣流速度,實際溫箱需要調節(jié)環(huán)溫,通常會內置風扇,從而增加了氣流速度。

4

結構差異和制造誤差

仿真的結構需要適當簡化,而測試樣品由于制造誤差的積累,各臺樣機測試都會有誤差,需要測試多臺取平均值

5

其他仿真設置可能引起的誤差

網(wǎng)格/有無開啟輻射模型等參數(shù)設置

 

元王仿真工程師與客戶溝通后,仔細復查了仿真整體流程,并對以上可能原因一一核對,最后判斷客戶在進行試驗時溫箱的循環(huán)風對測試樣機直接吹風,是導致測試溫度比仿真溫度低的主要原因。元王以往的其他客戶也出現(xiàn)過類似問題,他們之后測試時,都會采用亞克力罩或者紙皮擋住風口,阻止循環(huán)風直接吹測試樣機。

了解試驗過程的朋友一定清楚,試驗的結果其實也是有偏差的,數(shù)據(jù)的采集方式和方法,準備工作的準確度,試驗設備的調試情況,以及最后試驗數(shù)據(jù)的處理都會存在一定的偏差,而且每次的試驗數(shù)據(jù)都是有差異的,這樣的數(shù)據(jù)用來作為對標值確實就有些不符合科學精神。不過有一點,可以作為參考,就是試驗結果的趨勢,在同樣的條件下,仿真的結果趨勢如果與試驗的結果趨勢(注意是仿真趨勢,而不是結果)完全不同,那么這個仿真一定是有問題的。

 

綜上所述,CAE最為重要的作用,在于校核產(chǎn)品設計和指導產(chǎn)品設計,提高對產(chǎn)品性能的認識,以達到以下目標:

→ 檢驗并改進計算模型

→ 建立計算評價系數(shù)體系

→研究一些無法快速有效的計算現(xiàn)象

→ 提高更高精度的結果


總之,當仿真與試驗結果不一致時,客戶對仿真結果存在質疑是很正常的。身為一個CAE仿真人,我們首先要確定自身分析環(huán)節(jié)沒有出錯,正確的模型處理和分析流程,加上有效的結果評判標準是能夠保證輸出結果的指導性,然后才能自信的面對客戶的質疑。在之后的項目分析過程中,元王愿不斷的積累經(jīng)驗,輸出高質量的報告,讓客戶確實從中受益解決問題,不斷提升對元王的信服和依賴,為客戶創(chuàng)造價值!