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1、成书过程简介 春去秋来，寒暑易替，历经一年的时间，一本《ANSYSIcepak及Workbench结构热力学仿真分析》终于和广大读者朋友见面了。抚卷凝思，心中不禁有些许感慨。最早的材料来源于工程项目完成后零散记录的技术总结，一段时间以后，不经意间发现已积少成多了；自己又在各个论坛逛，看到国内相关方面的资料（Icepak、MAPDL协同Workbench平台）较少，论坛上网友呼声也较高。于是决定写成一书。它是我一字一字码出来的，基本上是根据自己思路和原创性的思考、总结、心得而成稿。一个人撰写的工作量较大，抓紧了工作之余和业余时间，其间还经过了多次修改，可谓为之付出了不少努力。在成书过程中得到了单位领导和身边同事的大力协助，在此致以衷心谢意。
2、成书背景针对传统电子设备研制中周期较长、后期排故较难等问题，引入数字仿真工具，进行热、力学分析，结合相关标准进行试验，使设计方案得到充分验证。这些方法的应用使产品存在的一些问题得到快速暴露和解决，提高了产品可靠性和数字化程度。以仿真+试验为代表的新手段正在使电子设备研发领域进入一个新阶段。 目前据我个人的不完全统计（工作实践、对外交流、高级研修班、千余篇公开文献），国内中电10、29、30、14、20、26、27、34、36、54、55等所，华东计算机研究所、华北计算机研究所、中国航空无线电电子研究所、中航工业西安航空计算技术研究所、中科院空间应用工程与技术中心，中航工业洛阳光电设备研究所，中国科学院空间科学与应用研究中心，航天科工集团第三研究院第八三五七研究所，北京微科能创科技有限公司和北京计量测试研究所，北京国科环宇、安世亚太驻北京总部及驻成都办事处、海基科技驻成都办事处、天源博通驻北京总部，以及企业（如一汽研发中心）、高校等，均认识到仿真技术的重要作用，正在积极开展相关研究和条件建设。可以说这一波热潮是方兴未艾。 但是，仿真技术固有的较高门槛阻碍了本地化仿真设计研发能力的真正成型。即使是拥有了仿真专家和平台，在面对复杂问题时仍会觉得比较棘手。这表明，能够完成一些成功的分析不等于形成了仿真研发能力，花费较多的时间精力来跨越仿真“山头”只能是曲高和寡。 正是为了解决这些存在的问题，我们瞄准“降低门槛”和“仿真工程化”目标，在《ANSYS Icepak及Workbench结构热力学仿真分析》一书中，对阻碍仿真技术本地化应用的几个问题进行了阐述，并给出了解决方案。它们包括用于Icepak热仿真的非参多体CAD模型前处理，Icepak网格划分，Icepak参数化，Icepak若干专题以及经典ANSYS（MAPDL）与ANSYS Workbench协同仿真技术等。遵循上述解决方案，可以使用CATIA强大的多（包络）体零件快速建立Icepak热分析模型，使用多种灵活的网格划分方案对复杂几何进行快速解析。采用高性能工作站可以在几个小时内将整机结构模型快速转换为粒度极其精细的热仿真产品（包括PCB布线、热源分布、接触热阻在内）并进行数轮分析。
3、成书之后的持续开发（"CATIA For Icepak"环境开发）在书成稿后，我们又继续对上述解决方案进行了研究，提炼出热仿真分析的标准流程，对CATIA进行了开发，以VB代码进行封装、开发出易于使用的Icepak仿真模型前处理工具而形成一个专业化的处理环境，我们将该环境称为“Catiafor Icepak”（CFI，如图 1所示）。CFI创造性地研究并灵活使用了CATIA GSD(General Shape Design)模块的带参/非参包络体体系，以及CATIA同步建模技术（不需要3D特征）和后期参数化技术，解决了三维CAD几何模型的非参仿真多体模型快速创建、规范格式的数据描述和模型快速修改问题，使仿真产品成为了具有与结构产品一样属性的信息化研发产物，因为二者都具有了一整套产品建模和产品明细信息描述的便利本地化工具。 CFI真正使仿真技术门槛得到了降低（使Icepak热分析成为“CAD式的CAE”），能够使繁杂的模型创建过程规范为“分解”→“消参”→“转换”→“重组”的创新性标准流程，使三维CAD模型在短时间内按照一套极具处理效率的方法转换为热仿真模型，实现类似结构设计的规范化明细信息描述，并可极其方便快速地创建出Icepak非连续网格区域，使各种不同精细粒度的模型能够充分利用Icepak强大的网格功能、由粗略的背景网格和精细的非连续网格进行解析，极大地提高仿真速度和可靠度。
图 1 CATIA For Icepak工具条功能按钮一览 4、案例简介通常一个稍复杂的模型，建模过程是十分繁琐的，其中包含的热对象和仿真参数，数量庞大，且网格划分不易成功。如何化繁为简，对数量庞大的热对象和仿真参数进行创建、修改，以及划分出可靠经济的网格，是仿真领域内面临的主要困难，值得研究。目前在业内尚未见到公开报道的有效解决方案。 举例说明：图 2~图 3显示了一个PCB的Cadence设计信息及其对应的插卡模块Icepak非连续网格区域详细信息，可见其中包含的特征总数为86个。 图4~图 11显示了将一个典型密闭型总线结构设备创建出热分析模型的过程。首先如图 4~图 5所示，将模型由包含1115个节点的装配件，转换为含有712个Icepak热分析对象、14个非连续网格区域（N/C ASM）的零件，其模型树节点列表如图6~图 7所示，统计得到其中非连续网格区域的特征总数为260个（图8），然后在Icepak中建立模型（图 9），再划分网格用于分析计算（图 10），得到计算结果如图 11所示，仿真温度值与实际试验测试值误差小于4%。 上述两个案例中的热对象及其相应的热学信息数量大，可见，如果不针对性进行研究解决而使用手动操作，将使仿真工作不具备可操作性，人员负担也比较重。使用CFI则可轻松完成全部建模和修改工作，目前它已在研发过程中得到了广泛使用，效果优良。
图 2 PCB的Cadence设计信息 图 3 非连续网格区域详细信息
图 4 典型密闭型总线结构设备，节点总数=1115 图 5 转换为含有712个Icepak热分析对象、14个非连续网格区域（N/C ASM）的零件
图6零件的模型树节点列表1，由Body和OGS构成，其中不仅包含各个Icepak热对象和热仿真所需要的参数信息，还包含有非连续网格区域的标记信息“ASMx”
图 7零件的模型树节点列表2，由Body和OGS构成，其中不仅包含各个Icepak热对象和热仿真所需要的参数信息，还包含有非连续网格区域的标记信息“ASMx”
图 8 非连续网格区域详细信息
图 9 在Icepak中建立模型
图 10 再转换为网格模型，用于计算 图 11 计算结果
5、附全书目录（按独立章节的目录）第1章 Icepak软件概览... 2 1.1 Icepak软件简介... 2 1.1.1 软件热分析专业技术优势... 5 1. 强大的建模能力... 5 （1）在Icepak中直接建模... 5 （2）由CAD模型/IDF文件建模... 8 2. 先进的网格技术... 10 3. 丰富的物理模型... 11 4. 成熟稳健的解算功能... 12 5. 特色Merge project功能... 12 6. 参数化和优化设计... 13 7. 丰富的边界条件... 13 8. 强大的可视化后处理... 13 9. 15.0新版功能概述... 14 1.1.2软件兼容性和扩展性... 15 1. CAD软件接口... 15 2. EDA和PCB Trace的导入接口... 16 3.热与结构、热与电协同耦合... 16 1.2 Icepak工作界面... 17 1.3 Icepak常用图标式命令... 19 1.4 Icepak菜单栏... 25 1.4.1 File菜单... 25 1. CSV file. 27 2. IGES/Step/Tetin格式的CAD模型文件... 28 3. IDF文件... 28 4. Powermap files. 28 5. Network模型... 29 1.4.2 Edit菜单... 30 1.4.3 View菜单... 30 1.4.4 Orient菜单... 31 1.4.5 Macros菜单... 32 1.4.6 Model菜单... 32 1.4.7 Solve菜单... 33 1.4.8 Post菜单... 33 1.4.9 Report菜单... 34 1. AutoTherm file. 35 2. Gradient/Cadence/SIwave Files. 36 1.4.10 Windows菜单... 37 1.4.11 Help菜单... 37 1.5 Icepak文件类型... 37 1.6本书的名称约定... 39 第2章 应用Icepak求解热仿真问题... 2 2.1 应用Icepak求解热传导问题（案例一）... 2 2.1.1 问题描述... 3 2.1.2 热路分析... 3 2.1.3 导热热阻... 4 2.1.4 接触热导和节温计算... 5 2.1.5 ANSYS Mechanical APDL求解... 5 2.1.6 ANSYS Icepak求解... 7 1. 建模策略... 8 2. 启动Icepak并保存分析项目... 10 3. Cabinet介绍... 13 4. 更改单位制... 15 5. 建立几何模型... 16 6. 更改默认属性... 17 7. 指定热学边界条件... 19 8. 如何选定Icepak中的气流模式... 22 9. 建立接触热阻并控制其激活状态... 22 10. 建立N/C ASM并进行求解设置... 24 11. 分网和监控点... 25 12. 求解并观察收敛曲线和监控点曲线... 27 13. 结果查看... 28 14. 关闭求解流动项... 29 15. Individual sides设置绝热边界... 32 16. 网格划分与参数化高级控制... 34 17. IV型网格结果差异及原因分析... 36 18. 如何设置松弛因子及判断求解收敛性... 39 2.2 应用Icepak求解整机热分析问题（案例）... 41 2.2.1 案例二... 41 1. 初始几何处理与网格划分方案... 43 （1）总体思路... 43 （2）对壁板几何进行处理... 43 1）清除孔... 44 2）移除小凸起... 46 3）移除异形空洞... 47 4）移除倒圆角和圆弧过渡段... 48 5）移除凹槽... 54 6）修改凹槽... 56 7）更改带弧度凹槽... 58 8）移除小台阶... 61 （3）其它几何处理方法... 61 （4）过滤数据... 68 （5）在WB DM中转换为Icepak objects. 69 1）导入模型至WB DM中... 69 2）显示CAD对象... 71 3）简化特征转换CAD对象... 71 4）简化特征转换扫掠体几何... 73 5）创建风扇... 75 （6）2D Plates对象模拟热源和接触热阻... 76 （7）重组模型树并建立N/C ASM.. 78 （8）N/C ASM网格划分控制参数... 81 （9）其它设置... 83 2. 初始网格划分方案存在的问题... 83 3. 如何改进... 87 4. 划分网格求解、并观察结果... 88 2.2.2 Icepak项目合并（案例三）... 90 1 Merge project概述... 90 2 Merge project案例... 93 （1）在Catia中建立选择集... 94 （2）导入选择集几何模型至WB DM中... 96 （3）显示已有的CAD对象... 99 （4）创建3D Fan. 100 （5）简化特征转换CAD对象... 101 （6）Form new part. 103 （7）将模型导入Icepak并建立N/C ASM.. 105 （10）对其它几何创建新Icepak project. 107 （9）合并已建立的两个project. 110 2.2.3 案例四... 113 2.2.4 应用Icepak求解液冷问题的基本过程（案例五）... 116 1 创建模型... 116 2 划分网格、添加监控点并求解... 120 第3章 CAD模型前期处理技术... 2 3.1 概述（案例）... 2 3.2 常用方法及其局限性... 7 3.3 模型更改的必要性... 8 3.4 应用非参模型的必要性... 9 3.5 Catia混合模式... 9 3.6 同步建模技术... 12 3.7 特征识别... 12 3.7.1 概述... 12 3.7.2 概念及特征识别工具条... 13 3.7.3 特征识别实例... 14 1. 实例1. 14 2. 实例2. 16 3.8 将CAD模型转换成多体模型... 17 3.8.1 Catia多体模型及相关概念... 18 1. 体... 18 2. 插入已添加的包络体... 19 3. 几何体... 19 4. 有序几何图形集... 20 5. 特征重新排序... 21 6. 布尔运算... 22 3.8.2自动特征识别... 24 3.8.3曲面工具修复... 25 3.8.4实体面工具局部调整... 26 3.8.5包络体切割... 29 3.8.6 应避免的操作... 30 3.9 模型更改的具体步骤... 31 3.10 模型更改实例... 32 3.10.1 盖板零件... 32 3.10.2 壁板零件... 35 3.11 多体模型快速修改（案例）... 36 3.11.1快速修改的必要性... 36 3.11.2 具体步骤... 37 3.12导入WB DM中进行处理（案例）... 40 3.12.1 概述... 40 3.12.2 在DM中转换... 40 1. 导入模型至WB DM.. 42 2. 显示已有的Primitives并改变其类型... 44 3. 简化特征转换CAD对象... 45 4. 创建Opening. 46 5. 创建风扇... 47 6. 简化特征处理开孔块体... 48 7. 将模型导入Icepak. 49 第4章 Icepak网格划分技术... 2 4.1 网格类型、全局/局部网格控制与检查... 2 4.1.1 网格类型及不同类型的适用性...
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