[发明专利]面向智能蒙皮的芯片及导线布局优化设计方法

说明书

本发明公开了一种面向智能蒙皮的芯片及导线布局优化设计方法，用于解决现有智能蒙皮布局设计方法实用性差的技术问题。技术方案是使用复合多层壳模型模拟智能蒙皮结构，使用水平集函数描述芯片的外形，使用A*算法布置各芯片之间的导线。在优化布局的过程中，芯片与导线作为次承力部件参与整个结构承力，增强了结构承载性能，同时，通过优化迭代，寻找芯片连接点之间的最短距离，减少了导线长度，降低了结构重量。经测试，在相同条件下，采用本发明方法优化后的结构柔顺度由背景技术的91.17mJ降低为9.70mJ，重量由背景技术的9.989g降低为6.315g。

技术领域

本发明涉及一种智能蒙皮布局设计方法，特别涉及一种面向智能蒙皮的芯片及导线布局优化设计方法。

背景技术

基于传感器网络和各种微系统的智能蒙皮有广阔的应用前景。例如基于压电传感器的智能蒙皮既可以控制机翼的变形，又可以将机翼的振动等受载状态转化为自身的电能供其所用；应力应变传感器可以实时监控机翼的健康状况，在蒙皮出现问题之前进行预警。将雷达天线集成在蒙皮中，可以大大降低飞行器的气动阻力，提高隐身性。

文献“专利申请号为201510345220.2的中国发明专利”公开了一种面向智能蒙皮天线的应变传感器布局方法，该方法以传感器位置和总数为设计变量，位移估计误差与传感器总数的线性加权和为目标函数，为每个位置变量附加0-1拓扑变量，用双重变量来表示传感器位置组合，同时优化传感器位置和总数。但是该文献公开的方法仅优化了传感器的数目和位置，没有考虑基体结构、芯片以及连接线对结构承载性能的影响，应用该文献公开的方法，在四个传感器的情况下，只优化传感器的位置，一个长100mm，宽60mm的天线结构，最终柔顺度为91.17mJ，重量为9.989g。

发明内容

为了克服现有智能蒙皮布局设计方法实用性差的不足，本发明提供一种面向智能蒙皮的芯片及导线布局优化设计方法。该方法使用复合多层壳模型模拟智能蒙皮结构，使用水平集函数描述芯片的外形，使用A*算法布置各芯片之间的导线。在优化布局的过程中，芯片与导线作为次承力部件参与整个结构承力，可以增强结构承载性能，同时，通过优化迭代，寻找芯片连接点之间的最短距离，可以减少导线长度，降低结构重量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种面向智能蒙皮的芯片及导线布局优化设计方法，其特点是包括以下步骤：

步骤一、设计智能蒙皮的详细结构，包括结构层数、芯片数目、芯片之间导线连接方式以及各部分的材料属性。

步骤二、通过CAD结构建立包含绝缘层、芯片和填充层的多层电路板有限元模型。对复合的电路板模型划分有限元网格，定义芯片的水平集函数，定义单元类型，为结构各部分赋予材料属性，并定义结构的载荷及边界条件。

步骤三、使用A*算法进行各芯片连接点之间的导线布置：

f(n)＝g(n)+h(n)

式中，f(n)表示任意节点n的总代价，g(n)表示任意节点n到初始点的代价，h(n)表示任意点n到目标点的启发式评估代价，通过迭代布置芯片连接点间的导线。

步骤四、对芯片及基体结构划分包络圆，建立芯片之间、芯片与基体结构之间的非干涉约束函数。对芯片及基体结构采用包络圆近似外形。以不同芯片包络圆圆心之间的距离大于半径之和使得各芯片不能干涉，以各芯片包络圆圆心到基体结构包络圆圆心的距离大于其半径之和使得芯片一直位于结构之内。

步骤五、建立优化问题的数学模型：

minΦ＝C+f