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有限元分析数据模拟软件趋势特征是什么-正脉科工CAE分析培训机构

 
 

有限元分析数据模拟软件趋势特征是什么

作者:管理员    发布于:2013-05-08 17:03:42    文字:【】【】【
摘要: 早期计算机的能力十分有限,受计算用度和计算机贮存能力的限止,数据模拟手续大多是一维或二维的,只能计算铅直碰撞或球形爆炸等特定问题。随着第三代、第四代计算机的出现,才起始研制和进展更多的三维计算手续。如今,计算手续普通都由二维扩展到达三维,如LSDYNA2D和LSDYNA3D,AUTODYN2D和AUTODYNA3D,但也有纯粹在三维基础上开发的,如MSC.DYTRAN,就没有二维功能。
国际上数据模拟软件进展闪现出以下一点趋势特征:
 
a. 由二维扩展为三维 
    早期计算机的能力十分有限,受计算用度和计算机贮存能力的限止,数据模拟手续大多是一维或二维的,只能计算铅直碰撞或球形爆炸等特定问题。随着第三代、第四代计算机的出现,才起始研制和进展更多的三维计算手续。如今,计算手续普通都由二维扩展到达三维,如LSDYNA2D和LSDYNA3D,AUTODYN2D和AUTODYNA3D,但也有纯粹在三维基础上开发的,如MSC.DYTRAN,就没有二维功能。 
b. 从天真的结构力学计算进展到求解好些物理场问题 
    数据模拟剖析办法最早是从结构化矩阵剖析进展而来,逐步推广到板、壳和实体等蝉联体固体力学剖析,实践证实这是一种十分管用的数据剖析办法。近年来数据模拟办法已进展到流体力学、温度场、电传导、磁场、渗流伴声场等问题的求解计算,近来又进展到求解几个交错学科的问题。例如内爆炸时,空气冲击波使墙、板、柱萌生变形,而墙、板、柱的变形又反过来影响到空气冲击波的传布……这就需要用固体力学和流体动力学的数据剖析结果交错迭代求解,即所谓“流—固耦合”的问题。 

c. 从纯一坐标体系进展多种坐标体系 
    数据模拟软件在起始阶段普通采用纯一坐标,或采用拉格朗日坐标或采用欧拉坐标,因为这两种坐标自身的缺陷,计算剖析问题的范围都有巨大的限止。为克服这种缺陷,采用了三种办法,一是两个手续简单组合,如CTH—EPIC,爆炸与侵彻由不一样的手续分开计算;二是在同一手续中采用多种坐标体系,如DYNA3D中早期采用的是拉格朗日坐标,而LSDYNA3D的最新版除原有类型外,新加了欧拉办法以及拉格朗日与欧拉耦合办法,而近来几年才进展的DYTRAN则是拉格朗日型的LSDYNA3D(1988版)与欧拉型的PISCES的整合体;三是采用新的计算办法,如SPH等,SPH法无须网格,没有网格畸变问题,所以能在拉格朗日款式下办理大变形问题,同时,SPH法准许存在材料界面,可以简单而精密地实行复杂的本构行径,也得用于材料在高加载速率下的断裂等问题的研讨。
 
d. 由求解线性工程问题进展到剖析非线性问题 
    随着科技的进展,线性理论已经远远不得知足设计的要求。诸如喷出岩、生土、水泥等,仅靠线性计算理论就不足以解决遇到的问题,只有采用非线性数据算法能力解决。家喻户晓,非线性的数据计算是很复杂的,它关乎到众多专门的数学问题和运算技法,很难为普通工程技术成员所掌握。为此,近年来海外一点企业破费了大量的人力和投资,开发了诸如LSDYNA3D、ABAQUS和AUTODYN等专长于求解非线性问题的有限元剖析软件,并广泛应用于工程实践。这些软件的并肩特点是具备高效的非线性求解器以及浩博和实用的非线性材料库。 

e. 增强可视化的前置建模和后置数据办理功能 
    早期数据模拟计算软件的研讨重点在于推导新的高速率求解办法和高精密度的单元。随着数据剖析办法的逐步完备,特别是计算机运算速度的飞速进展,囫囵计算系统用于求解运算的时间越来越少,而数据准备和运算结果的表现问题却日益冒尖。在如今的工程办公站上,求解一个包含10万个方程的有限元板型只消用几十分钟。但假如用手工形式来开办这个板型,而后再办理大量的计算结果则需用几周的时间。可以毫不夸张地说,工程师在剖析计算一个工程问题时有80百分之百以上的精力都花在数据准备和结果剖析上[14]。故此现下几乎所有的商业化数据模拟手续系统都有功能很强的前置建模和后置数据办理板块。在强调“可视化”的今日,众多手续都开办了对用户十分友善的GUI(图形用户界面—Graphics User Interface),使役户能以可视图形形式直观快速地施行网格半自动划分,生成有限元剖析所需数据,并按要求将大量的计算结果整理成变形图、等值分布图,易于极值搜索和所需数据的列表输出。
 
f. 与CAD软件的无缝集成 
    与通用CAD软件的集成使役,即在用CAD软件完成结构设计后,半自动生成有限元网格并施行计算,假如剖析的结果不合设计要求则从新施行建构和计算,直至满足为止,从而莫大地增长了设计水准静速率。今日,工程师可以在集成的CAD和数据模拟软件背景中快捷地解决一个在曾经无法对付的复杂工程剖析问题。所以当今所有的商业化有限元系统商都开发了和闻名的CAD软件(例如AutoCAD、Pro/ENGINEER、Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS等)的接口。 

g. 办公平台多样化 
    早期的数据剖析软件基本上都是在大中型计算机上开发和运行的,后来又进展到以工程办公站(EWS,Engineering Work Station)上,它们的并肩特点都是采用UNIX操作系统。PC机的出现使计算机的应用发生了根秉性的变动,工程师渴望在办公桌上完成复杂工程剖析的幻想成为事实。有限元分析培训不过早期的PC机采用16位CPU和DOS操作系统,内存中的公共数据块遭受限止,故此当初计算板型的规模不得超过1万阶方程。Microsoft Windows操作系统和32位的Intel Pentium办理器的推出,为PC机用于有限元剖析提供了必需的软件和硬件支撑平台。故此现时国际上闻名的有限元手续研讨和进展机构都纷纷将它们的软件移值到Windows平台上。最新高档PC机的求解能力已和中低档的EWS不相上下。 

    为了将在大中型计算机和EWS上开发的有限元手续移值到PC机上,每常需要采用Hummingbird企业的一个仿真软件Exceed。这么做的结果比较麻烦,而且不得充分利用PC机的软硬件资源。所以近来有点企业,例如ANSYS、MSC.software等起始在Windows平台上开发有限元手续,大多采用了OpenGL图形编程软件,同时还有在PC机上的Linux操作系统背景中开发的有限元手续包。 

h. 软件开发强强联手 
    因为数据软件的开发是一项长期而艰巨的任务,开发一个通用软件是十分艰难的,各家开发的软件因为应用背景的不一样而各有千秋,随着数据模拟软件商业化的进展,各数据模拟软件企业为扩张市场,寻求并肩的利润,出现了强强联手的局面。典型的如ANSYS与LSDYNA3D联手,MSC.software软件企业对ABAQUS、LS DYNA3D及PISCES等的购买。 
  
 
国内的进展情况和前途

    1979年美国的SAP5线性结构静、动力剖析手续向国内引进移植成功,掀起了应用通用有限元手续来剖析计算工程问题的高潮。这个高潮一直持续到1981年ADINA非线性结构剖析手续引进,一时间好些一直无法解决的工程难题都迎刃而解了。大家也都起始意识到有限元剖析手续确实是工程师应用计算机施行剖析计算的关紧工具。不过当初限于国内大中型计算机很少,大约只有杭州汽轮机厂的Siemens7738和沈阳吹风机厂的IBM4310安装有上述手续,所以用户算题十分不便,而且用度昂贵。PC机的出现及其性能奇迹般的增长,为移植和进展PC版本的有限元手续提供了必要的运行平台。可谓国内FEA软件的进展一直是环绕着PC平台做文章。在国内开发比较成功并拥有较多用户(100家以上)的有限元剖析系统有大连理工大学工程力学系的FIFEX95、北京大学力学与科学工程系的SAP84、中国农机科研院的MAS5.0和杭州半自动化技术研讨院的MFEP4. 等。但正如上头所述,海外众多闻名的有限元剖析企业已经从前些年对PC平台掉以轻心转变为热衷进展,对国内FEA手续开发者来说进展PC版本不再具备优势,而之后应当从下边几方面加以黾勉: 

1. 研讨开发求解非固体力学和交错学科的FEA手续情节几十年的研讨和进展,用于求解固体力学的有限元办法和软件已经比较成熟,如今研讨的前沿问题是流体动力学、可压缩和不可压缩流体的流动等非固体力学和交错学科的问题。因为国内没有类似功能的商品化软件,所以海外的软件就卖得十分贵。为了破这种垄断局面,我们务必进展有自主版权、用于剖析流体等非固体力学和交错学科的软件。因为流体力学问题远比固体复杂得多,而且很少有现成的软件可以借镜,所以需要投入大量的人力和经费。这就务必有社稷和大型企业集团来支持。
 
2. 开发具备中国风味的半自动建模技术和GUI开发建模技术和GUI的投入比前述课题要少得多,但却可以大大增长FEA软件的性能和用户接纳程度,从而起到事半功倍的效果。国内不少人在这方面做了众多办公,不过因为当初PC机上的图形支撑背景有限,所以开发的效果都不甚理想。Windows中提供了OpenGL图形标准,为在PC机上应用可视化图形技术开发GUI提供了强硬工具。OpenGL是当今国际上公认的高性能图形和交互式视景办理标准,应用它开散发来的三维图形软件深受专业技术成员的钟爱,现下天底下占主导地位的计算机企业都采用了这一标准。正如面前所述,近年来海外有的FEA手续已抛开仿真软件,直接在Windows平台上开发有限元手续。杭州半自动化技术研讨院1997-1999年采用OpenGL图形标准和相应的Visual C++等编程工具,在PC机上成功地开发了一套可视化有限元手续包。它能直观地经过对"菜谱"、"窗口"、"会话框"和"图标"等可视图形画面和符号的操作,半自动开办有限元剖析板型,并以交互办法式实行计算结果的可视化办理,故而可大大增长有限昂剖析的速率和精密性,也易于用户学习和掌握。 

3. 与具备我国自主版权的CAD软件集成面前已经讲过,当今有限元办法的一个关紧特点是和CAD软件的无缝集成。作为我国自行开发的FEA手续,首先要考量和我国自主版权的CAD软件集成。因为有限元剖析主要用于式样比较复杂的零器件,所以要和具备三维造型功能和CAD软件集成,使设计和剖析紧急接合、融为一体。 

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