ANSYS Workbench机械电气仿真分析全攻略

艰巨的设计挑战

MCI 在机械和电气方面面临着极其艰巨的设计挑战。从机械上来说，我们的目标是最大限度地减小器件应力，确保器件能支持成千上万次接触，同时给接触接口提供足够的力支持，也就是最大化接触的储存应变能功能来提高力支持（最大化通行距离上积累的力），从而确保每次接触都能实现电气连接。从电气角度来看，我们的目标是确保信号传输的完整性。互联通常要在测试进程中以极高的频率工作，这就加大了电气设计挑战。机械和电气设计要求通常会彼此冲突。

例如，互联添加额外材料可改进疲劳性能，但却会成为辐射高频信号的天线，向邻近引脚或ATE 中的其它电路系统扩散。

Rosenberger 是高频和光纤技术领域连接器解决方案的全球领先制造商。公司工程师面临着双重挑战，一方面要让开发的设计方案满足客户的高标准性能要求，另一方面又要满足严格的开发时限要求。满足单个产品的目标，往往需要几十次迭代。Rosenberger 每年都要设计好几十款新产品。构建和测试原型产品需要两三个月，其中大多数时间都花在了构建掩膜这一复杂昂贵的工艺上面。采用构建测试法评估数十次迭代所需的时间约为6 年，大大超出了新产品设计的正常时间安排（6 到8个星期）。

因此，Rosenberger 采用ANSYS Mechanical 和 ANSYS HFSS 仿真工具在ANSYS Workbench 环境中进行设计迭代，满足客户的机械和电气性能要求，同时确保足够的稳健性，以应对制造变化的要求。由于能在统一环境中执行完整的仿真进程，这就降低了许可、培训和管理成本，同时也有望在未来针对电气和机械属性自动优化设计。

机械和电气仿真

采用AutoCad®、Ashlar Vellum ™软件、SolidWorks® 或Pro/ENGINEER®等任意一款计算机辅助设计套件，均可将互联作为2D 部件进行设计。

随后可将其转换为SolidWorks 3D 部件以设计包含多个互联及其相关部件的装配体，如连接器块和印刷电路板（PCB）安装硬件等。

接触的几何结构配置已发展到需要进行FEA 分析，这时工程师应导入SolidWorks 模型到ANSYS Workbench并定义静态结构项目。执行大多数分析时是将分析类型设置为2D。机械工程师修改几何结构，生成刚好足够的压力在器件被压缩时实现电接触，从而最大限度地减少部件应力。最终配置采用3D 模型和3D 分析设置重新运行。团队随后可以将偏转形状（以上确定）转化为偏转形状的3D CAD 模型。

对于非常简单的模型来说，3D 模型可直接从Workbench 输出。不过，对于较复杂的模型来说，偏转几何结构要导出为矢量图形文件。这份文件可用来创建载入/偏转部件的SolidWorks 模型。

偏转形状的3D 模型随后可载入HFSS 进行电气/ 电磁仿真。在HFSS中，根据客户的应用要求（例如上升时间、带宽或者串扰），工程师通常先进行从DC 到适当上频率的扫频。工程师重点关注S 参数，其可描述给定端口上的信号是如何散射并在其它端口退出，包括反射到相同端口、传输到连接端口并耦合到其它端口。

典型的目标是S11 回波损耗为–15dB 而S21 性能为–1dB。HFSS 输出通常导出到ANSYS Designer电路仿真器，通过读取S 参数可生成时间域仿真，以评估数字通道的质量。