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案例二 服务器

一.6SigmaET服务器 案例描述

6SigmaET 具有自带建模功能，内置了非常丰富的建模模块。本例将演示如 何一步步地建立下图所示的 1U 的服务器。

本例需要关注以下知识点：

1. 物体坐标的含义，物体之间从属关系的含义。

2. 为什么要建立芯片插槽和内存插槽。

3. 为什么要建立散热器切口。

4. 从库里调用某个型号的风扇。

5. 常用的后处理方式。

6. 建模需要大约 20 分钟，计算需要约 5 分钟。

二. 6SigmaET 建模过程

1. 建立强迫对流模板

打开软件，点击 File >> New >> Forced Convection，建立一个强迫对流的模

型。

此时，视图区将出现一个立方体形状的求解域 。

选中求解域，在其属性表里将其大小更改为：120mm*230mm*550mm。

2.  6SigmaET 建立机壳

选中求解域右键新建 Subchassis 或者从对象面板中鼠标左键点住 Chassis 键 向视图区的求解域中拖拽，效果是一样的，都可以建立服务器壳体。

在壳体的属性表里将其长宽高分别设定为：430mm、183mm、50mm。

利用对齐命令将机壳对齐到求解域的体中心位置。

机壳有 6 个壁面，将它们全部选中并在属性表里将 Thickness 即厚度更改为 1mm，Modelling Level 更改为 Thick，即考虑壁厚的影响。这样可以考虑到热量 沿壁面的传递，更接近于真实的产品。Thin 则只考虑热量垂直于壁面的传递， 不考虑沿壁面的传递。机壳的材料保持为默认钢的材料不变。

3. 6SigmaET 建立风扇

机箱的前壁面上安装有一台风扇用于进风，点击 Object Panel 中的 6SigmaET Library 一栏，可以打开模型库，里面有风扇库、材料库、散热器库等 软件自带的库。

在上方的搜索框中输入 p7g001，可以查找到两个含有此名字的风扇。点住 靠下面的风扇（40*15），一直到视图区或结构树中的 Chassis Front Side 上再松 开鼠标左键，完成风扇的调用。

然后，我们需要把风扇放置到前壁面的中心，利用对齐功能可以实现这一 操作。先选中前壁面，按住 Ctrl 键，再选中风扇，执行 Align 命令，在弹出的对 话框里选择两个方向均中心对齐。

此时，将视图放大可以看到代表风扇风向的箭头，如果箭头是朝外的说明 是朝外抽风，我们在风扇的属性表里可以将其调整为向内吹风。方法是选中风扇， 在其属性表里 Cooling >> Flow Direction 后的下拉菜单中选择 In。风扇电机默认 有一定的发热量，我们在此不考虑，Heat Dissipated 定义为 0W。

风扇的尺寸和性能曲线都已经定义好了，无需更改。

4.建立出风口

机壳的后壁面上有一组出风口，首先选中机壳后壁面，在右键菜单中建立 或者从 Object Panel 中拖拽一个 Vent Opening。在其属性表里将其 Construction 更改为 Open Hole，尺寸定义方式更改为 Rectangular，长和宽均设定为 5mm，坐 标中的 Offset 1 和 Offset 2 分别设定为 4mm 和 4.5mm。第一个出风口建立完毕。

在这里需要注意的是 Offset 1 和 Offset 2 两个偏移量，是 Vent Opening 1 相 对于它的上一级物体，即机壳后壁面的，而不是相对于求解域的。勾选 View >> Object Axes 可以看到当前选中的 Vent Opening 1 的局部坐标轴，局部坐标轴位 于物体的原点上。Offset 1 和 Offset 2 即 Vent Opening 1 相对于后壁面的原点在 X 和 Y 两个方向上的偏移量。

我们利用阵列功能来生成后壁面上的其他出风口，选中第一个出风口，选 择阵列命令。X 方向阵列个数为 20 个，间距为 10mm，Y 方向阵列个数为 5 个， 间距为 9mm。点击 OK 完成出风口的阵列。

5.建立 PCB

选中机壳建立一个 PCB：

PCB 的长宽分别设定为 388mm 和 181mm，厚度保持为 1.6mm 不变。PCB 的 XYZ 方向的坐标分别设定为 1mm、15mm、14mm。和前面所讲的出风口与后 壁面的关系一样，PCB 的这几个坐标值也是其原点相对于它的上一级物体机壳 的原点而言的。

接下来定义 PCB 的构造属性和功耗属性。在 PCB 的属性表里的 Construction 一栏里可以设定 PCB 的铺铜率参数和导电层数，由于 PCB 现在采用的是简单的 建模等级，每一层的铺铜率只能设定为一样的，默认值为 80%，在此不做更改， 只把导电层数更改为 5 层。如果想对每一层设定不同的铺铜率，可以在 Modelling Level 中选择详细的建模等级。软件会自动根据铺铜率和层数信息得到 PCB 各向 异性（法向和平面内）的导热系数，可以看到 PCB 在厚度方向的导热性能是很 差的。

在 Power 一栏即 PCB 的功耗属性里，把 Top Distributed Power 设定为 10W， 用于模拟 PCB 上表面上一些细小的器件的总发热量。这些细小器件在此并没有 建出来，所以将热量加在 PCB 上表面上来近似代替。

6.建立芯片

在建立芯片之前，我们先建立芯片插槽。这种插槽在电脑中非常常见，CPU 和主板之间有用于 CPU 管脚插入的插槽，它一般是塑料材料，对 CPU 和主板之 间的热量传递会有一定的阻碍作用。因此，为了更好地模拟热量的传递，我们把 这一部分建出来。

注意，有的芯片是焊接在主板上的，芯片和主板之间并没有插槽连接，见 下图。因此，建立仿真模型时要注意和实际产品相对应，建立芯片并不一定都要 先建立插槽的。

选择 PCB，在右键菜单中新建 Chip Socket 即芯片插槽。

调整插槽的尺寸为 40mm*40mm，厚度保持不变。X 和 Z 方向的坐标分别 为 70.5mm 和 300mm。

接着在插槽的下一级建立芯片，选中插槽右键菜单中只能建立芯片。芯片 会自动位于插槽的上表面上，面积与其相同。

在芯片的属性表里将其尺寸更改为 3mm*35mm*35mm，功耗定义为 25W。

7.建立散热器

在芯片上继续建立散热器，散热器底座面积 50mm*50mm，翅片厚度 1mm， 翅片个数改为 18 个。

散热器上有用于固定夹具的切口，热量沿翅片方向的传递会在此中断，为 了考虑其影响，我们需要把切口建出来。选中 Heatsink 在右键菜单中新建 Heatsink Cutout。

在 Heatsink Cutout 的属性表里将 Width 改为 50mm，Depth 改为 5mm，坐 标里的 Z Offset 值改为 40mm。第一个切口建立完成。

将第一个切口原地复制，新的切口大小不变，只需要将 Z Offset 改为 5mm

即可。

8.建立 TIM

软件中当两个实体表面直接接触时，将按理想接触即没有接触热阻来计算。 但实际情况当中，实体表面并不是绝对光滑的，而是有一定粗糙度，造成了接触 热阻的存在。为了减少接触热阻，经常在两个表面间涂抹导热硅脂或添加导热热 片。为了模拟硅脂或热片的影响，我们需要建立 TIM 并赋给它热阻或导热系数。

选中芯片，建立 TIM。

TIM 默认地会位于芯片和散热器之间，是一个没有厚度的物体。采用其默 认的热阻参数即可。

如果要考虑厚度，选择定义 Conductivity 并勾选考虑厚度的选项即可，并且 需要赋予一个材料给 TIM。在本例中，我们使用热阻的定义方式，不考虑 TIM 的厚度。

9.建立内存

内存与芯片类似，和 PCB 之间是通过内存插槽连接，它对热量传递也有影 响，我们将其建出来。选中 PCB 在右键菜单中新建 Daughter Board Socket。

在其属性表里更改尺寸及坐标信息，其中 Height、Width、Socket Depth 均 为 7mm，X 和 Z 方向的坐标分别为 5mm 和 150mm。同样地，这是 Daughter Board Socket 相对于上一级物体即 PCB 的坐标。

在 Daughter Board Socket 的下一级菜单中新建 Daughter Board 即子卡用来 代表内存，它其实也是一个 PCB。属性只需要更改子卡上下表面的功耗值均为 0.5W，总功耗为 1W。

选中 Daughter Board Socket，执行 Pattern（阵列）命令，将 X pitch（间距） 设为 10mm，Numberin X 设为 4，单击 OK 结束阵列生成前 4 个内存。

生成前 4 个内存后，在 PCB 右侧相对称的位置有同样的一组内存条，先将 前 4 个内存原地复制。

点击 A 键切换到俯视图，选中后 4 个 Socket，在最右侧的 Socket 的蓝点上 右键并点击 Move By。

输入要移动的距离 134mm，点击确认即可。

10.查看模型摘要

建议用户在搭建完模型之后查看一下模型摘要，以便确认功耗等重要参数 没有遗漏或错误。可以看到此模型的总发热量为 43W。