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CAE供应商选型之Simulia篇

2017/12/30    来源:e-works        
关键字:CAE  仿真  Simulia  

1、Simulia简介

      Simulia是达索系统旗下仿真分析软件,SIMULIA(原ABAQUS公司)是世界知名的计算机仿真行业的软件公司,成立于1978年,其主要业务为世界上最著名的非线性有限元分析软件Abaqus进行开发、维护及售后服务。

      2005年5月,前ABAQUS软件公司与世界知名的在产品生命周期管理软件方面拥有先进技术的法国达索集团合并,共同开发新一代的模拟真实世界的仿真技术平台SIMULIA。SIMULIA不断吸取最新的分析理论和计算机技术,领导着全世界非线性有限元技术和仿真数据管理系统的发展。 

 2、 Simulia产品及解决方案介绍

有限元数值模拟技术 Abaqus™

      Abaqus 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件,其解决问题的范围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。

软件特性:

      丰富的单元库:单元种类达580余种,可模拟任意几何形状,深入反映细微的结构现象和现象间的差别。除常规结构外,可以方便地模拟管道、接头以及纤维加强结构等实际结构的力学行为。
      丰富的材料模型库:包括材料的本构关系和失效准则等,仅橡胶材料模型就达16种。除常规的金属弹塑性材料外,还可以有效地模拟高分子材料、复合材料、土体、岩石和高温蠕变材料等特殊材料。
      更多的接触和连接类型:可以是硬接触或软接触,也可以是Hertz接触(小滑动接触)或有限滑动接触,还可以双面接触或自接触。接触面还可以考虑复杂的摩擦和阻尼的情况。上述选择提供了方便地模拟密封,挤压,铰连接等工程实际结构的手段。
      解决多领域问题:能解决大量结构(应力 / 位移)问题,还可以模拟其他工程领域的许多问题,例如热传导、质量扩散、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析(流体渗透 / 应力耦合分析)及压电介质分析。
      疲劳和断裂分析:概括了多种断裂失效准则,对分析断裂力学和裂纹扩展问题非常有效。
      易用性:大量的复杂问题可以通过选项块的不同组合很容易的模拟出来。在大部分模拟中,甚至高度非线性问题,用户只需提供一些工程数据,像结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况。
      精确性:在非线性分析中, 能自动选择相应载荷增量和收敛限度。能连续调节参数以保证在分析过程中有效地得到精确解。用户通过准确的定义参数就能很好的控制数值计算结果。
      开放性:提供灵活强大的用户自定义接口,用户可以使用Fortran语言来开发自己的材料模型。
      集成性:隐式和显式求解器无缝集成,单元类型和命名一致,用户可以很方面的进行两种求解方法的转化和联合运算。
      高效性:收敛速度较快,并更加容易操作和使用。

Abaqus/CAE前后处理模块

      采用流行的大多数CAD软件建模方式,通过布尔运算、拖拉、旋转、拷贝、镜射、倒角等多种手段,可以建立起真实地反映工程结构的复杂几何模型。

      可视化视窗系统,具有良好的人机交互特性。

      提供了与CAD 软件专用的数据接口,能实现与CAD 软件的无缝几何模型传递。这些CAD 软件有CATIA、UG、Pro/E、IDEAS,Solidwork、Solid edge、Inventor、MDT等等。Abaqus还可以读取如下格式的图形标准文件:SAT、STEP、ParaSolid、IGES、DXF等等。

      采用了参数化建模方法,为实际工程结构的参数设计与优化,结构修改提供了有力工具。

      强大的模型管理和载荷管理手段,为多任务、多工况实际工程问题的建模和仿真提供了方便。

      鉴于接触问题在实际工程中的普遍性,单独设置了Interaction模块,可以精确地模拟实际工程中存在的多种接触和连接问题,并可以进行从零件级到系统级的分析。

      具有很强的开放性,可以结合Python语言方便的定制用户化界面,方便用户操作。

Abaqus/Standard隐式非线性分析求解器模块

      Abaqus/Standard是一个通用分析模块,它能够求解广泛的线性和非线性问题包括结构的静态、动态、热和电响应等。

      对于通常同时发生作用的几何、材料和接触非线性采用自动控制技术处理。

      Abaqus拥有CAE工业领域最为广泛的材料模型,它可以模拟绝大部分工程材料的线性和非线性行为,而且任何一种材料都可以和任何一种单元或复合材料层一起用于任何合适的分析类型。

Abaqus/Explicit显式非线性分析求解器

      适合于分析如冲击和爆炸这样短暂、瞬时的动态事件。
      对高度非线性问题也非常有效,包括模拟加工成形过程中改变接触条件的问题。

Abaqus/Fe-safe疲劳分析模块

      快速识别非损伤节点的优化疲劳算法和独一无二的技术,使得 Fe-safe 在分析速度上取得了飞速的进步,并且在求解精度上没有作出任何的牺牲。

      基于选定的材料, Fe-safe v5 将自动选择最合适的疲劳算法,使得非专业用户可以自信的使用 Fe-safe 软件。在单个分析中,可以在模型的每个区域使用不同的算法和材料。这是 Fe-safe 独有的特点。

      同其它产品相比, Fe-safe 的载荷定义方法更具有代表性和广泛性。处理块过渡的方法被改进。可以在疲劳寿命分析中引入弹塑性残余应力,比如模拟加工过程和组装过程。

无网格、格子波尔兹曼流体仿真 Xflow 

      Xflow 基于无网格/格子波尔兹曼方法(LBM, Lattice Boltzmann Method),用介观模型来模拟流体宏观行为的一种动力学方法 ,具有易于使用、无需网格、高效并行、边界条件处理简单、模拟精确特点。

      无需网格划分:极大提高了对复杂几何进行流场分析的效率。
      不需要简化CAD模型,完整考虑复杂几何细节:能够更加真实地分析存在复杂几何细节的流动特性。
      善于分析物体运动过程和自由液面的流动:包括波浪、刚体、强迫或约束运动条件下的流场变化。
      捕捉瞬态三维流场发生、发展各阶段的特性:克服传统NS求解方法的不足、降低计算代价。
      自适应的尾流跟踪和细化(Adaptive wake refinement):靠近壁面自动提高精度,动态追随尾迹发展过程。
      复杂边界条件和物理过程分析:耦合换热、跨/超音速流、多孔介质、非牛顿流、多相流等。
      气动声学分析:不需要人为地稳定或跟踪自然压力波的演变,直接进行声波分析。
      流固耦合分析:内置的结构求解器,以自然的方式允许完全的流固耦合分析。
      近似线性的加速性能:甚至能够在桌面个人电脑上进行三维瞬态流体仿真。
      简单易用的用户界面:方便用户更高效的配置模型、边界条件、壁面精度等。
      后处理和可视化渲染功能:交互式的压力、流线、粒子显示、动画、带状图等。

技术原理

      无网格、拉格朗日法(Meshless Lagrangian approach):能够处理复杂几何的流体仿真问题。
      基于粒子的能量求解器(Particle-based kinetic solver):能够处理介观的玻尔兹曼Boltzmann方程和宏观可压缩NS方程。
      大涡模拟和壁面模型(Large Eddy Simulation, LES):使用统一的非平衡壁面函数对边界层进行建模,粘性子区和对数区之间的连续混合 。

经典多学科优化技术 Isight™

      现代产品(比如飞机、汽车、发动机、机器人、机床等),设计参数众多、运行环境复杂、性能指标互相制约,因此需要设计人员从系统工程角度、快速高效地探索设计空间、分析参数敏感性、寻找全局优化解、乃至进行品质优化。

      在众多集成优化平台中,Isight最具有代表性。Isight起源于唐兆成博士上世纪80年代在美国GE公司的发明。当时,唐博士为波音777 GE90涡扇发动机进行轻量化优化设计、降低燃油消耗率和减重要求。通过Isight集成自动化不同专业学科的自编数学分析模型,用2周时间进行优化改进,最终使得燃油消耗率SFC下降1%,减轻重量200~250磅,每台引擎节省成本$25万。GE90发动机的预计总销量2000台,因此共节省成本达$5 亿。

      经过近30年的不断研发,Isight已经得到大量世界级客户如波音、空客、NASA、洛-马等航空航天客户广泛使用并认同。在2002年Isight进入中国市场之后,迅速获得了高校、航空、航天、船舶、汽车等国内领先的高新技术研究部门认可。

技术特色

      提供可视化的灵活的仿真流程搭建平台,具备广泛的CAD/CAE工具接口,用户可以拖拽方式快速建立复杂的仿真分析流程,设定和修改设计变量以及设计目标,自动进行多次分析循环。
 
      提供完整而先进的优化技术包,使工程师能够快速高效地探索设计空间、分析参数敏感性、寻找全局优化解:

      试验设计:帮助用户了解和评估各个设计变量对设计目标的影响,便于进行设计参数的筛选以减少优化问题规模,包括:中心复合法,全因子组合法,超拉丁方法,优化拉丁方法,正交法和参数研究法以及用户自定义的数据文件。

      优化方法:将数值优化、全局探索法、Pointer优化专家和多目标优化算法形成有机的策略框架,提高优化的效率和精度。

      数学代理模型:减少优化中调用大规模CAE分析计算的次数,从而提高优化效率,包括:1~4阶响应面模型(RSM)、正交多项式、椭圆基神经网络、径向基函数(RBF) 神经网络、Kriging模型等。

      品质设计:考察各种不确定性因素,实现设计阶段的质量控制,提高产品可靠性和稳健性,降低制造和维修成本,包括:蒙特卡洛分析、田口设计、6Sigma稳健可靠性分析和优化。

技术原理

      Isight能够集成商用CAD、CAE和自编软件的多学科联合仿真,实现传统手工设计、分析与优化流程的自动化和标准化,进行多方案自动评估比较,最大限度重用模型、流程和知识,提高设计效率,缩短设计周期。

责任编辑:王阳
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