HFSS Meshing için Otostopçunun Kılavuzu

Ansys HFSS'deki otomatik uyarlanabilir ağ oluşturma, sonlu eleman yöntemi (FEM) simülasyon sürecinin kritik bir bileşenidir. Maxwell Denklemlerinin rehberliğinde, güvenilir ve garantili bir çözüm sunmak için bir ağı verimli bir şekilde iyileştirir. Dünyanın dört bir yanındaki mühendisler, son teknoloji elektronik ürünler tasarlarken bu teknolojiye güveniyor. Ancak uyarlanabilir ağ oluşturma işlemi, modelin geometrisini doğru bir şekilde temsil eden bir ilk ağa dayanır. Bugün, HFSS, her biri belirli bir geometri türüne en uygun şekilde uygulanan bir dizi ağ oluşturma teknolojisini kullanarak ilk ağı oluşturur. Oradan, HFSS, çözüm yakınsayana kadar uyarlanabilir iyileştirme sürecini sürdürür.

Son yirmi yılda bilgisayarlar, yüksek performanslı bilgi işlem (HPC) mimarilerinde daha büyük, daha güçlü ve giderek daha fazla bulut tabanlı hale geldi. HFSS'nin FEM algoritmaları, HPC bilgi işlem alanındaki yeniliklerin yanı sıra büyük ölçüde iyileşmiştir. Bugün, HFSS'nin titiz ve güvenilir simülasyon teknolojisinin her zamankinden daha karmaşık elektromanyetik sistemlere uygulanmasına izin veriyorlar. Bununla birlikte, daha büyük, daha karmaşık sistemlerle, ilk ağ oluşturma görevi giderek daha zor hale gelir.

Bu teknik inceleme, HFSS ağ oluşturma yeniliklerinin geçmişini tanıtmakta ve ilk ağ oluşturmada büyük ölçüde geliştirilmiş performans ve güvenilirliğe sahip olan son teknolojik atılımları araştırmaktadır.

HFSS Meshlemenin Tarihçesi

“Ağ” fizik simülasyonunun temelidir; karmaşık bir modelleme probleminin “çözülebilir bloklara” nasıl ayrıldığıdır. Anlaşılır bir şekilde, günümüzün son derece karmaşık sistemleri için, kritik bir adım olduğu için ilk ağı oluşturmak için önemli bir zaman belirlenebilir. İlk ağ ile temsil edildiği gibi, test edilen fiziksel geometrinin doğru bir şekilde yakalanması, elde edilen simülasyon ve sonuçların hızı üzerinde belirleyici bir etkiye sahiptir. Bu her zaman böyle değildi. 25 yıl önce, simülasyona elektromanyetik alanların gerçek çözümü hakimdi ve ağ oluşturma, simüle edilmiş bir model oluşturmak için harcanan toplam zamanın çok küçük bir kısmını oluşturuyordu.

1989'daki ilk HFSS simülasyonu, o zamanlar en son teknolojiye sahip bir bilgisayarda bir frekans noktası üretmek için 16 saat sürdü. Bu 16 saatin büyük çoğunluğu elektromanyetik alanları çözmek için harcandı. Bugün sıradan bir dizüstü bilgisayarda aynı modeli çözebilir ve yaklaşık 30 saniyede dört bin frekans noktasını çıkarabiliriz. Hızdaki gelişmeler, doğal olarak mühendisleri 3B simülasyon yoluyla giderek daha karmaşık tasarımlar yapmaya yöneltti. Son 20 yılda, yeni ağ oluşturma teknolojileri inovasyonun hızını destekledi, ancak gelişmiş tekniklerle bile ağ oluşturma, karmaşık tasarımlar için sürecin göreceli olarak daha büyük bir bölümünü aldı. Simülasyon teknoloji uzmanları, ağ oluşturmanın "simülasyon çadırında" daha büyük bir kutup olduğunu gördüler, bu nedenle simülasyon alanında daha fazla yeniliği teşvik etmek için yeni algoritmalar ve paralel işleme getirdiler.

Bugün, Ansys HFSS, her biri farklı geometriler için optimize edilmiş çeşitli farklı ağ oluşturma algoritmaları kullanır:

Orijinal “Klasik”

Özünde, ağ oluşturma, geometrinin temel şekillere bölündüğü bir uzay-ayrıklaştırma sürecidir. HFSS'de çalışmak için çeşitli şekiller olsa da, bir ağ geometriyi bir 3B dört yüzlüler kümesi olarak temsil eder, bkz. Şekil 1. Herhangi bir 3B şeklin bir dört yüzlüler kümesine ayrıştırılabileceği gösterilebilir. HFSS otomatik ağ oluşturma özelliğini kullandığından, algoritma hassas bir ağ oluşturmak ve matematiksel olarak garanti etmek için tetrahedradan yararlanır.

Şekil 1: HFSS otomatik ağ oluşturmada kullanılan geometrik olarak uyumlu dörtyüzlüler

Classic, Ansys'in en eski ağ oluşturma teknolojilerinden biridir. Herhangi bir geometri kümesinden kompakt bir ağ oluşturmak için bir Bowyer algoritması kullanır. Son derece titiz bir yaklaşımdır. İlk olarak Classic, geometrinin su geçirmez bir sunumunu oluşturmak için tüm nesnelerin yüzeylerini ağlar ve ardından tüm nesnelerin hacimlerini 3B dört yüzlülerle doldurur. Doğruluk için ağ elemanları bir yüzey boyunca sürekli olmalıdır. Başka bir deyişle, temas halindeki iki nesne, bitişik yüzlerinde uyumlu bir üçgen örgüye sahip olmalıdır. Geometrik karmaşıklık büyüdükçe ve yüzlerce veya binlerce parça içeren modeller başladıkça, her yerde uyumlu ağ elde etmek için üçgen ağı hizalamak zorlaştı. Bir noktada, kolayca paralelleştirilmeyen bu ağ oluşturma yaklaşımı sınırına ulaşır. Makul bir süre içinde yüksek düzeyde tasarım karmaşıklığının üstesinden gelemez.

çiy

2009 yılında Ansys, TAU ağ oluşturma algoritmasını yayınladı. TAU, ağ oluşturma görevine ters bir bakış açısıyla yaklaşır. Kuşbakışı bir bakış açısıyla, bir model, farklı noktalarda potansiyel olarak başkalarıyla temas eden bir miktar nesne hacmini temsil eder. TAU, modeldeki her nesneye uyması için hacmi giderek daha küçük dörtyüzlülere böler. Ardından, hacimsel ağı giriş modelinin yüzleriyle hizalamak için yerel ağ boyutunu ve şeklini uyarlanabilir bir şekilde iyileştirir ve sıkılaştırır. Sonunda TAU, tüm geometriyi doğru bir şekilde temsil eden su geçirmez bir ağ için tetrahedrayı her yüzeye yeterince yaklaştırıyor. Arka panel konektörü veya uçak gövdesi modeli gibi 3D CAD için TAU çok sağlam ve güvenilir bir algoritmadır; ancak TAU, Classic'in daha iyi performans gösterebileceği PCB'ler ve kablolu paketleme gibi yüksek en-boy oranlı geometriler içeren tasarımlarla mücadele eder.

Hem Classic hem de TAU mesher'lar, tüm keyfi geometrileri doğru bir şekilde işlemek için tasarlanmıştır. Modele bağlı olarak, “Auto-mesh” modunda HFSS, uygulanacak doğru mesher seçimini belirler.

Phi Mesher

2013, Ansys-Phi'de yeni nesil ağ oluşturmayı getirdi. Phi, modelin geometrisine bağlı olarak, önceki ağ oluşturma teknolojisinden 10, 15 ve hatta 20 kat daha hızlı olan, yerleşim tabanlı bir ağ oluşturma teknolojisidir. Daha hızlı bir başlangıç ​​ağı genellikle daha hızlı simülasyonlar sağlar; HPC ile daha da hızlandırılabilir ve geliştirilebilirler.

Phi, HFSS'nin ilk "geometriye duyarlı" ağ oluşturma teknolojisidir. PCB'lerde veya IC paketlerinde yaygın olarak bulunan tasarımın katmanlı doğasına dayanır. Teknik, bu tür modellerdeki tüm geometrilerin bir 2B katman tanımına sahip olduğu bilgisine dayanmaktadır ve üçüncü boyut, 2B katman tanımının (XY düzleminde) Z'de tek tip olarak süpürülmesiyle elde edilmiştir. Phi, ilk ağ oluşturma işlemini hızlandırmak için tasarlanmıştır. 3B yaklaşımla bir 2B problemin üstesinden gelerek. Başlangıçta HFSS 3D Layout tasarım akışında uygulandı ve sonunda birkaç sürüm sonra 3D iş akışına genişletildi.

Phi performansı olağanüstüdür ve diğer ağ oluşturma teknolojilerinden çok daha yüksek hızlara ulaşır. Karmaşık IC tasarımlarında, bkz. Şekil 2, bu bir oyun değiştiricidir. Daha önceki tekniklerde, örneğin çip üzerindeki pasif bileşenlerin tamamlanması önemli miktarda zaman aldı. Phi ağ oluşturma ile, saatlerce süren ilk ağ işlemleri dakikalara hatta saniyelere indirilebilir. Bununla birlikte, Phi'nin Z'de tek tip kısıtlaması, işleyebileceği tasarım türlerini sınırlar. Örneğin, IC paket tasarımına iz aşındırma veya bağ telleri dahil edildiyse Phi'den yararlanılamaz.

 Şekil 2: Tipik bir karmaşık PCB tasarımı, Phi mesh

Bununla birlikte, doğru geometri ile Phi son derece hızlıdır. İlk ağ tamamlandığında, uyarlamalı ağ oluşturma algoritması, son yakınsamayı üretmek için diğer HFSS ağ oluşturma teknolojileriyle aynı şekilde çalışır. Ek olarak, Phi, uyarlanabilir ağ oluşturma ve frekans taramalarında daha iyi aşağı akış performansına katkıda bulunan daha küçük bir ilk ağ oluşturma sayısı oluşturabilir. Yalnızca ilk ağ oluşturma aşamasında değil, baştan sona daha hızlıdır.

Üç Örgü Paradigma

Üç ağ oluşturma teknolojisiyle, bir Ansys otomatik ağ algoritması, hangi ağ teknolojilerinin kullanılacağını belirlemek için model geometrilerini taradı. Ek olarak, bir ağ oluşturma teknolojisinden diğerine geri dönüşler, güvenilir bir ağ oluşturma akışı sağladı. Örneğin, algoritma önemli miktarda yüksek en-boy oranlı CAD tanımladıysa, Klasik ağ algoritmasını başlatır. Phi, Z geometrisinde her zaman tek biçimli süpürme işlemine uygulanması anlamında tam otomatikti.

Başlangıçta, her müşterinin tasarım akışı, her proje için aynı ağ oluşturma teknikleriyle uyum sağlama eğilimindeydi, bu nedenle sürekli olarak tek bir ağ oluşturma yaklaşımına yöneldiler. Ancak, HFSS çözücü algoritmaları daha hızlı ve daha ölçeklenebilir hale geldikçe ve küme ve Bulut donanımı daha kolay erişilebilir hale geldikçe, HFSS simülasyonlarının boyutu büyüdü ve daha karmaşık hale geldi. Tasarımlar artık tek bir bileşen değildi; bunlar birden fazla CAD türünden oluşan sistemlerdi. çözmeye yetmedi sadece PCB veya artık sadece konektör. Doğru yapmak için, özellikle veri hızları arttıkça, birlikte simüle etmek giderek daha önemli hale geldi - konektör ve PCB, anten ve uçak gövdesi vb.

Mühendisler, rekabetçi elektronik ortamında daha dar marjlar için tasarım yaparken, simülasyonlar PCB, IC ambalajı, konektörler, yüzeye montaj bileşenleri ve daha fazlasını kapsar. Three Mesh Paradigm, hem müşteriler hem de Ansys için ağır yükler taşıyordu; herkese uyan tek bir yaklaşım optimal olarak etkili değildi. Farklı seçenekleri ve ağ teknolojilerini anlamak ve bunların ne zaman uygulanacağını bilmek gerçek bir zorluk olabilir.

HFSS Mesh Fusion'a girin.

HFSS Mesh Fusion'ın Yükselişi

2021'in başlarında tanıtılan HFSS Mesh Fusion, yerel olarak tanımlanmış parametreleri kullanarak temel bir ağ oluşturma atılımı gerçekleştirdi. Başka bir deyişle, HFSS Mesh Fusion, CAD'nin yerel ihtiyaçlarına bağlı olarak ağ oluşturma teknolojisini uygular. Örneğin, bir PCB'nin hem kablolu paketleme hem de arka panel konektörü gibi 3D konektör modelleri içerdiği bir simülasyonu analiz ederken, PCB kısmı Phi'yi, kablolu paket paketleri Classic'i ve konektörler en iyi şekilde TAU kullanılarak ağlanır.

Bu çoklu ağ özelliği, HFSS Mesh Fusion ile mümkün hale geldi. Tek gereksinim, tasarımı, fikri mülkiyeti gizlemek ve bileşen satıcılarıyla kolay işbirliğini sağlamak için şifrelenebilen bir dizi 3D Bileşen olarak bir araya getirmektir. 3B Bileşen hiyerarşisi, ağı uygun şekilde uygulamak için yerelleştirilmiş CAD tanımını sağlar. Ek olarak, ağı yerel olarak ayarlamak için aynı otomatik ağ teknolojisi kullanılabilir, bu da çok az veya hiç kullanıcı girişi gerektirmez. Oradan, HFSS altın standardı doğruluk ve güvenilirlik sağlamak için aynı uyarlanabilir ağ şeması uygulanır.

Ansys kısa süre önce 5G yonga setini bir tablet bilgisayara entegre eden bir ekiple çalıştı. Mesh Fusion'dan önce, kullanılabilir bir simülasyona ulaşmadan önce çözülmesi gereken birçok ağ zorluğu vardı. Mesh Fusion ile, yonga setine yerel olarak Phi uygulandı ve tasarımın geri kalanına TAU uygulandı; elektronik aksamın geri kalanını tablete yerleştirmek için karmaşık CAD'li şık bir muhafaza. Yerel ağ uygulaması, genel simülasyonun doğruluğu için kritik olan yonga seti üzerinde temiz bir ağ sağladı. Görünüşte farklı olan bu ağ oluşturma yaklaşımlarının tümü, hızlı, doğru ve güvenilir bir simülasyon sonucu için Mesh Fusion'da bir araya geldi.

Ansys'te Meshlemenin Geleceği

HFSS Mesh Fusion'ın varlığı, Ansys müşterileri için gece ve gündüz farkı sunuyor. Çözmek için sorunları bir araya getirerek çıkmaza girmek yerine, kullanıcılar elektronik endüstrisini ileriye taşıyan daha yoğun tasarım zorluklarını keşfetmekte özgürdür.

Son zamanlarda, Ansys yeni bir ağ oluşturma teknolojisi geliştirmek için temel bir yaklaşım kullandı. Phi Plus adı verilen bu yeni ağlayıcı, özellikle tel bağlama paketleme için tasarlanmıştır, diğer teknolojilerle, hatta Mesh Fusion'la bile ağlanması özellikle zor olan Şekil 3'e bakın. Phi gibi, geometri farkındadır ve sistem tasarımının önsel bilgisinden yararlanır. Ek olarak, paralelleştirme yaklaşımları göz önünde bulundurularak geliştirilmiştir ve HPC kaynaklarıyla mükemmel ölçeklendirmeye olanak tanır. Başarısı sadece wirebond paketleme ile sınırlı değildir. Phi Plus, PCB üzerindeki konektör gibi her türlü birleşik düzeni ve 3D CAD simülasyonunu işleyebilir. Phi Plus ağ oluşturma, Ansys'in yenilikçi tekniklerinden oluşan uzun bir dizideki bir sonraki oyun değiştiricidir!

Şekil 3: Tel bağlama paketi tasarımına uygulanan Phi Plus Mesh

Güncellemeler için bu yeni yılda sosyal kanallarımıza göz atın.

Bu gönderiyi şu yolla paylaş: Kaynak: https://semiwiki.com/eda/306866-a-mesh-by-any-other-name-the-hfss-mesh-evolution/