封装壳体对高功率器件散热特性影响研究

:针对 Ｔ／Ｒ组件典型封装结构,分析了冷板构型和壳体厚度等参数对组件热性能的影响。结果 表明,当壳体厚度大于１．５ｍｍ 时,当壳体热阻成为影响散热的主要因素,且通过加入高导热材料可以有效 提升芯片和组件的散热能力。     

平板闸阀阀体底部结构的优化设计与分析

介绍了平板闸阀阀体圆形中腔平面底部支撑面在试压过程中底面向外凸出变形的现象。通过采用加厚阀体底部的厚度,增加底部加强筋的数量,改变阀体的底部和内壁上的过渡圆角等措施,基于SolidWorks的有限元分析软件分别计算得出了阀体中腔平面底部结构改变前、后的应力值和变形量。根据分析结果给出了优化的设计结构。     

一种电力设备集装箱外挂风机组件的设计方案

介绍了一种电力设备集装箱外挂风机组件,提出了该组件结构设计方案。外挂风机组件安装在集装箱外墙上,不占用箱内空间,可以外部维护,拆卸和安装便利;风机罩采用整体焊接的方式,内外表面进行防锈处理,保证风机安全运行;运行时能够快速持续将箱体内热量抽出,保证电力设备可靠性和稳定性;能够实时测量出风口的风速及温度并反馈给控制系统,使得风机根据设备的散热情况及应用场合调节转速等参数,达到高效、节能的效果。     

考虑热、弹、流耦合的航空发动机齿轮箱壳体拓扑优化分析

为提高航空发动机齿轮箱壳体的结构性能,减小发动机恶劣工况对壳体产生的不利影响,采用基于变密度法的拓扑优化理论,以最小柔度指数和加权平均模态特征值为目标函数,考虑壳体所处环境的热、弹、流等耦合影响,以最大变形不超过0.15 mm、等效应力不大于材料屈服应力为约束条件,对航空发动机齿轮箱壳体进行了拓扑优化设计;根据拓扑优化结果,对壳体结构进行了几何重构,并对优化前、后壳体结构的强度、刚度、质量进行了对比分析。结果表明,优化后的壳体质量由5.53 kg下降到5.107 kg,减重7.64%;壳体最大变形由0.173 1 mm下降到0.12 7 mm,变形减小26.6%;壳体最大等效应力由124 MPa下降到116.9 MPa,等效应力减小5.7%。在减小壳体质量的同时,有效地降低了壳体的最大变形和等效应力,显著提升了壳体的强度和刚度。对提高航空发动机齿轮箱传动壳体可靠性和寿命具有重大意义。     

压力储罐的静态有限元分析

利用规则设计方法对压力储罐的筒体和封头进行了厚度计算,但不能分析安装接管后储罐的承载能力。利用ANSYS有限元分析软件对安装接管后的压力储罐进行结构静力分析,得到储罐的最大变形位置和变形量,最大应力强度位置和应力值。根据第一强度理论说明规则设计确定的储罐厚度能满足联接接管后的强度要求。     

固态组件材料和结构参数对热阻的影响

研究了热流密度为100 W/cm2的固态组件的基板和壳体的等效导热系数、厚度和横截面面积对整个组件的冷却装置的热阻的影响。基板和壳体的导热系数从160 W/(m·K)提高到800 W/(m·K)时,冷却装置总热阻分别下降约1.2℃/W和0.55℃/W,下降比例分别为33.3%和15.5%;基板厚度从0.4 mm增加到1.6 mm时,冷却装置总热阻下降约0.78℃/W,下降比例为22.0%;基板横截面面积从0.42 cm2增加到2.1 cm2时,冷却装置总热阻下降约0.52℃/W,下降比例为15.1%;壳体厚度从0.8 mm增加到2.4 mm时,冷却装置总热阻下降约0.43℃/W,下降比例为11.6%;以上各种情况中冷却装置总热阻下降趋势为先急后缓。对于目前的组件而言,参考上述结果进行优化,将使组件的冷却得到明显改善。     

星载电子设备散热凸台设计与返修方法

针对星载电子设备热设计中导热垫选型困难和散热凸台设计复杂的现状,文中以某星载数据处理器为例提出了一种高效的散热凸台设计及返修方法。通过分析导热垫厚度与接触热阻的关系以及导热垫压缩量与接触压力的关系,确定了导热垫的选型和散热凸台的结构设计方案。通过热仿真分析,证明了该方案在热设计上的合理性。经过导热垫试装及工装检验,验证了设备180余处散热凸台二次返修后安装0.5 mm厚GapPad3000S30型导热垫的匹配性,证明了该散热凸台设计及返修方法的合理性和高效性。该方法在研制热耗较大、散热器件较多的星载电子设备中具有很高的工程实用价值。     

超大直径土压平衡盾构前中盾结构强度计算研究

为确保盾构具备足够的结构强度和刚性,对盾构的主要支撑结构进行受力载荷分析与强度校核。采用SpaceClaim软件对前中盾进行中面抽取,建立壳单元有限元静力学分析模型,根据材料的厚度将前中盾划分成4组壳体,根据有限元计算结果分析了前中盾及其拼装梁的应力和变形情况。结果表明：前中盾的结构强度符合设计要求;最大变形位于拼装梁与后配套设备的连接处,变形较大,经过结构优化改进后变形量降低34.9%。     

某相控阵雷达天线阵面的热设计与验证

为了解决某高热流密度相控阵雷达天线阵面的散热问题,文中采用强迫通风冷却的散热方式,在天线阵面热设计中使用了高效换热的风–风换热器和高导热热管,满足了天线阵面组件壳体温度要求。同时,在设计天线阵面流场时,采用了内外风道隔离、内循环风道风机并联的送风方式,满足了天线阵面组件壳体的均温性要求。最后通过数值仿真和搭建平台测试两种方法,验证了该热设计方案的可行性。     

壳体轴承孔刚度对轴承及齿轮的影响

基于变速器壳体的设计开发,分析了壳体轴承孔刚度对轴承内部接触应力、齿轮副法向侧隙大小的影响。通过理论计算表明：轴承孔承载受力变形量为0.2 mm,轴承内部的接触应力为1885.3 MPa,满足小于轴承允许的最大接触应力为4000 MPa的要求,而齿轮副的法向侧隙范围为-0.06～0.3 mm,不满足要求范围（0.05～0.2 mm）。对轴承孔刚度进行优化后,轴承孔变形量降为0.03 mm;轴承内部的接触应力为1 884.76 MPa,接触应力降低了0.029%;齿轮副法向侧隙范围为0.06～0.18 mm,优化后,侧隙满足设计要求范围。     

模块冷板作用及组装流程浅析

冷板为电子器件提供散热通路,器件封装形式改变导致器件散热需求发生变化,冷板由器件底部粘接薄板改为器件顶部盖板。文中介绍了两种冷板的结构特点,分析当前冷板设计的问题及解决办法,表贴器件为主的模块采用薄板冷板带来很多组装难点,应改为散热盖板形式冷板,为新型电子模块冷板设计及组装提供借鉴。     

一种轻薄化天线单元组合结构设计

有源相控阵雷达高功率、轻薄化的发展趋势对天线单元组合良好的散热能力和低剖面的需求越来越强烈。文中提出了一种用印制电路板替代电缆实现天线到T/R组件的接口变换的轻薄化天线单元组合。与传统结构方案相比,该天线单元组合的厚度减小约70%,质量下降约40%,并可与冷板良好贴合实现热传导散热。文中介绍了它的安装布局、散热能力、阵列天线、反射面板、过渡层结构以及工艺实现方式,并通过试验,对其电性能、散热性能和环境适应性进行了验证。试验结果表明该天线单元组合的各项指标均满足要求。     

高效热扩展技术在干式T/R组件散热中的对比研究

T/R组件散热是有源相控阵雷达领域的重要课题,大功耗、高热流密度器件在冷板上会形成局部热障,产生扩展热阻。文中以干式风冷T/R组件散热为研究对象,采用三维数值模拟方法对铝冷板、金刚石/铜、热管及蒸汽腔等高效热扩展技术进行了对比研究,探讨了导热系数、冷板厚度、对流换热系数对扩展热阻的影响规律。结果表明,提高冷板的等效换热系数是减小扩展热阻、强化传热最有效的途径之一。同时合理优化冷板厚度及散热器对流换热系数能有效降低高热流密度器件的工作温度。     

航空发动机U形金属密封环的设计与优化

针对某型发动机高压转子连接结构的密封问题,设计一种U形金属密封环,分析研究密封环的密封和强度性能,探究结构参数(包括根部倒圆、壁厚、环高、接触面曲率半径、密封环接触面角度、密封环配合件角度)对密封环最大等效应力、最大接触应力的影响,基于ANSYS Workbench优化设计模块,采用代理模型结合遗传算法的优化技术对密封环结构进行优化。结果表明:安装压缩率范围为3.56%～6.33%时,可保证安装和工作2种工况下密封和强度的要求;最大等效应力与壁厚成正比关系,而与根部倒圆和环高成反比关系;接触面曲率半径对最大等效应力影响较小,但最大接触应力随着接触面曲率半径的增加而增加;选择合适的角度范围时,密封环接触面角度和密封环配合件角度对最大等效应力、最大接触应力影响均较小。密封环结构优化后,最大等效应力在安装和工作2种工况下分别减小了34.3%和30.4%,同时密封环质量减少了6.1%。对设计的U形金属密封环随整机进行了试验,结果表明U形金属密封环密封性能良好,验证了设计的合理性。     

某高热流密度冷板的设计与优化

某吸收电阻模块发热功率大且热流密度高,冷却系统的设计既是重点也是难点,冷却系统的好坏直接关系到模块能否正常工作。文中探讨了某高热流密度与大发热功率并存的散热问题,选择强迫液冷作为其冷却方式。通过仿真分析对冷板结构进行不断的优化,通过增加散热齿并改变散热齿结构,使冷板满足器件散热需求。运用ANSYS模拟了冷板盖板不同结构形式的密封性能,通过采用有筋的不锈钢盖板,可取得良好的密封性能,缩短冷板加工周期并降低成本。装机后对该冷板的实物测试证明了该冷板的可行性。     

新型船用导航雷达结构总体设计

新型船用导航雷达采用连续波与脉冲双体制兼容的设计方案,对设备的体积、重量和散热提出了较高的要求。为了减小天线座的体积和重量,将天线座底座腔体分隔成主腔体、左右副腔体共3个腔体,以此增加设备的安装面,从而减小天线座的体积和重量。为了能够有效散发天线座内设备产生的热量,在主腔体和副腔体之间做散热风道,内部器件的热量通过热传导散发到风道内。通过天线座散热仿真,证明天线座散热效果较好。该雷达结构满足各项结构设计指标要求。     

石墨烯–铝复合冷板散热性能试验研究

传统散热冷板以铝合金为主,其导热能力有限且本身密度较大,已无法满足嵌入式计算机对高效散热及轻量化的需求。针对该问题,文中提出将具有超高导热性能的石墨烯散热片粘贴在铝合金表面得到石墨烯–铝复合冷板,以石墨烯–铝复合冷板代替传统散热材料的方法,并对不同厚度、不同功耗下的石墨烯–铝复合冷板的导热效果进行了试验研究。测试结果表明,在铝合金表面贴石墨烯散热片可保证在整体质量增加较小的情况下显著提高冷板的导热能力,在3 mm厚的铝合金表面粘接2 mm厚的石墨烯散热片时导热性能最佳,导热系数达到360 ~ 370 W/(m·K),而质量仅占6 mm厚铝板质量的66.5%。因此石墨烯–铝复合冷板可应用于高性能、高集成、小型化嵌入式计算机的散热设计。     

海上运货6t吊笼结构的设计研究

采用基于梁壳单元组合结构和三维单元的有限元法对海上运货6t吊笼进行了静力分析和模态分析.数值模拟研究发现原设计的由钢管、槽钢、角钢和H型钢组成的吊笼框架结构满足强度和刚度要求,但是底板变形较大,已经接近或超过底板的厚度.计算结果表明:采用壳单元计算底板的应力和变形约为采用实体单元计算结果的1.5倍;采用三维实体单元时,单元边长比从10∶1变为2.5∶1时对变形的影响相对较小,位移相对误差低于3％,但是对应力的影响较大,等效应力的相对误差高达56％.通过增加底盘的加强筋,可以降低底板变形和底盘等效应力.     

基于储热释放的方形锂电池内部热参数测试

方形锂电池是卷芯和外壳组成的非均质结构,卷芯导热系数及其与外壳换热系数是影响散热的关键参数,目前缺乏直接测试方法。提出利用电池储热构造热源,通过冷却面温度变化触发非稳态传热,使用热成像记录外壳温度沿传热方向空间分布及其时间演变,代入三维非稳态传热反演模型,同时计算卷芯面向、纵向导热系数,以及卷芯与外壳底部、最大面换热系数。搭建测试装置,对两种方形锂电池进行多次实验检验重复性,卷芯导热系数测试相对标准差在5%～10%之间,对3种非均质标准样品测试检验准确性,相对偏差小于5%。该方法提供一种适用于非均质样品传热特性实验评估的手段,修改样品模型后也可用于圆柱形锂电池等其他非均质样品。     

集成固相焊接方法在液冷板制造中的应用

为了提高6063铝合金翅片式大宽度流道液冷板的散热性能和焊接可靠性,满足雷达系统功放组件高集成、大型化带来的热耗快速增加的散热需求,文中提出采用2种固相焊接方法(扩散焊和搅拌摩擦焊)集成完成液冷板的制造方案,明确了集成焊接方法的工艺性结构设计要求,验证了工艺制造路径,仿真分析了集成焊接方法对结构刚性的影响。结果表明,集成焊接方法能够实现液冷板的高质量焊接,焊后结构刚性得到大幅提高。某功放组件采用集成固相焊接方法成功成型了液冷流道,其焊接质量满足设计要求,在1.5 MPa服役压力下的流道表面变形量仅为0.015 mm。