1 Simcenter可预测性工程分析

Simcenter产品组合独特地将1D 仿真、3D CAE和测试集为一身,帮助您更早地在整个产品生命周期内根据所有关键属性预测性能。Simcenter将基于物理的仿真与通过数据分析得出的结果相结合,帮助您优化设计并且更快更可靠地交付创新。

1.1 Simcenter 3D

Simcenter 3D 为 3D CAE 提供统一、可扩展、开放且可伸缩的环境,而且连接到设计、1D 仿真、测试和数据管理。 Simcenter 3D 将一流几何体编辑、关联仿真建模以及融入行业专业知识的多学科解决方案完美结合,为您加快仿真流程。 快速准确的解算器支持结构分析、声学分析、流体分析、热学分析、运动分析、复合材料分析以及优化和多物理场仿真。

Simcenter 3D 可作为独立模拟环境使用。 它还与 NX 完全集成,提供无缝的 CAD/CAE 体验。

 

1.1.1 前后处理

准备仿真模型是一个多步流程,包括导入和编辑CAD 几何体、网格划分和连接组件、编辑材料属性、定义边界、加载条件,以及导出为合适的解算器数据格式。 因此,分析人员将长达 80% 的时间花在准备仿真模型上便不足为奇。

 

Simcenter 3D可大幅减少您花在准备仿真模型上的时间。 对于需要进行高端分析的资深分析人员,Simcenter可以提供所有高级网格划分功能、边界条件和解算器接口。 但是与所有其他前处理器相比,Simcenter 3D的独到之处在于其具有先进的几何体引擎,支持对多CAD数据进行直观的几何模型编辑和分析模型关联性。 与传统有限元建模工具相比,它能够使建模时间缩短70%之多,主要原因在于它将强大的几何体引擎与强健的分析建模命令紧密集成在一起。

CAE 几何模型编辑

分析人员面临的主要问题之一是需要对导入的几何模型进行清理和去特征化。特征(如小孔、小阶梯和表面)会影响网格生成速度和质量,但可能与工程性能无关。使用独立的CAE 前处理器时,每次进行设计迭代,工程师平均需要整天或更多时间执行几何模型清理活动。 这会浪费很多宝贵时间,而这些时间本可用于真正的工程工作。


使用Simcenter 时,可通过同步建模技术支持的几何模型直接编辑功能快速清理和准备来自任何 CAD 源的几何模型。 几何模型编辑和完整的分析模型与基础设计保持关联,这意味着每次变更设计时,可以轻松更新分析模型。 因此,Simcenter 的 CAE 几何模型功能可加快您的设计-分析迭代速度,并提高您的整体工作效率。

更快地编辑多CAD 几何体

Simcenter 让您能够使用同步建模技术直接编辑几何模型,帮助您简化 FEA 的几何模型准备工作。 此外,Simcenter 可以将分析模型与多 CAD 数据关联起来,不再需要在每次变更设计时重建分析模型。

简化CAE 几何模型编辑

轻松编辑CAE 几何模型以快速创建和分析备选设计方案、在数秒内创建流体域几何体并直观地使用几何模型作为设计变量来推动优化分析。

在CAE 中管理设计变更

设计变更- 如果设计变更,您的分析模型也需要变更。 Simcenter 的集成环境使您能够轻松保持分析模型与最新设计变更之间的同步更新。

全面的网格划分软件

要准确地表示工程模型,不同的结构或组件需要不同类型的FEA 网格划分方法。 无论是新发射台的梁单元模型、飞机机翼的壳单元模型、新医疗设备的实体单元模型还是完整汽车装配体 0D、1D、2D 和 3D 单元的某种组合,您都需要有限元网格划分软件,如此不但可高效对模型进行网格划分,还能随时对最关键部位进行网格微调。

Simcenter 包括丰富的建模功能用于 0D、1D、2D 和 3D 单元的自动与手动网格划分,还包括众多载荷与边界条件的应用方法。 Simcenter 的集成环境之所以与众不同,是因为它将分析模型与其几何模型关联起来。 用户定义的几何体编辑、网格和边界条件都与基础设计相关联。 设计几何模型变更时,Simcenter 将保持现有的分析几何模型、网格、载荷与边界条件,并根据需要对它们进行快速更新,从而不再需要您重新创建分析模型。 这种方法可以大大缩短下游建模时间,从而大量节省了多次设计-分析迭代的时间。

更快生成六面体网格

将实体模型分割为可扫掠的区域时,Simcenter 高级的六面体网格功能使您不再需要试错法。 此外,Simcenter 让您可以更快地生成六面体模型。

更快从实体几何模型划分壳体单元网格

借助Simcenter,您可以大幅减少从实体几何模型开始创建壳单元网格所需的时间。

自动螺栓连接

Simcenter 简化了螺栓建模流程,可为您的 FEA 建模流程节省数小时的时间。 Simcenter 还让您能够灵活地自行变更设计,并快速更新模型,这样您可以更快地分析更多备选设计方案。

FE 装配体管理

随着产品变得日益复杂,仅在组件级别执行仿真已不能满足需要。一个完整的产品可能包含若干组件或一百多个不同的有限元(FE) 模型,您需要了解整个产品的性能。 管理大型 FE 装配体、所有组件之间的连接,甚至只是节点 ID 范围,都可能给传统 CAE 前处理器带来真实的挑战。


Simcenter 有独特的 FE 模型创建方法。 传统 CAE 前处理器针对组件分析,需要专门构建整体分析模型。Simcenter 的 FE 装配体管理功能与之不同,它是通过有限元组件模型实体化并将其连接起来(类似于 CAD 装配体),以创建大型有限元装配模型。 如果在后期开发过程中更新了 FE 组件,Simcenter 会更新 FE 装配体内该组件的所有实体,不再需要重新构建和连接新的 FE 装配体。

FE 模型全局环境

对FE 装配体的组件进行网格划分时,通过全局环境编辑可快速对比其中组件相连的相对网格拓扑。 全局环境编辑节省时间并减少资源消耗。

FE 装配体中的超单元

借助Simcenter的 FE 装配体管理,您可以轻松将超单元作为组件插入 FE 装配体并管理这些超单元。 使用超单元可降低整个系统的自由度,从而提高解算器效率并缩短周转时间。

多CAE 环境

使用多种分析工具的需要增加了成本和复杂性,因为每个工具都各有自己的用户界面和工作流程。此外,不兼容的模型和手动文件传输不仅耗费时间,而且会产生错误,因而有时会阻碍正确了解产品性能所需的多学科分析。

Simcenter 降低了这种复杂性,通过单个高级“多 CAE”仿真环境提供完整的分析功能。 无论您是在执行结构分析、热分析、流体分析、运动分析,还是许多其他类型的分析,您将一直处于相同的基本用户界面中,访问相同的基础分析和几何体建模功能,并且采用相同的文件结构和管理模式。 为达到此效果,Simcenter 提供了沉浸式用户环境,以支持不同学科(例如,计算流体力学 (CFD) 和热分析)以及分析人员使用的其他常见解算器(包括 NX Nastran、LMS Samcef、Abaqus、ANSYS、LS-DYNA 和 MSC Nastran)。 解算器环境使用所选解算器的术语,使得分析人员能够轻松准备特定于解算器的分析模型,无需学习新术语。 这意味着您可以将 Simcenter 用作能够满足您所有分析需求的通用前后处理系统。

Nastran的环境

Nastran 的 Simcenter 环境使您能够构建有限元模型、定义解算参数并查看 NX Nastran 或 MSC Nastran 解算器的解算结果。

LMS Samcef的环境

LMS Samcef的环境使您能够利用 Simcenter 中的强大几何体编辑、网格划分和通用前处理功能构建分析模型,因为 LMS Samcef 解算器比传统 CAE 工具更快。 该环境还允许工程师采用 LMS Samcef 提供的先进解决方案,例如线性和非线性静态分析以及模态和屈曲分析。 LMS Samcef 解算器还包括对复杂的非线性现象进行预测的独特功能,例如层压复合结构的单向织物层渐进式损伤,脱层与层内损伤。

Abaqus的环境

Abaqus 环境利用熟悉的 Abaqus 语言编写单元定义、载荷与边界条件、解算变量和其他常见 Abaqus 专用术语。

ANSYS的环境

Simcenter 的 ANSYS 环境提供双向导入/导出功能,使您能够导入最新或旧 ANSYS 数据文件和结果以及导出可运行的 ANSYS 输入数据文件。

LS-DYNA的环境

通过使用熟悉的LS-DYNA 术语和广泛支持特定于 LS-DYNA 的单元与实体并让您沉浸在该解算器环境中,从而简化 LS-DYNA 建模过程。

仿真结果后处理和报告

仿真结果是使用大量不同解算器生成的,通常结果查看需要特定于解算器的工具来进行。然而,对每种类型的分析使用单独的CAE 工具来仿真和执行结果的后处理与报告会导致效率低下、费时且容易出错。


Simcenter 使您可以在单一环境中仿真和查看多个类型分析的结果,解决了此问题。 Simcenter 的集成环境让您能够评估结构-声学分析的结果。 复合结构分析、热分析、流体分析和运动分析均在相同工具内完成。 此外,Simcenter 的 Nastran、LMS Samcef、Abaqus、ANSYS 和 LS-DYNA 多 CAE 环境可导入这些解算器生成的结果文件,以更简单地执行后处理和报告。


Simcenter 的仿真结果后处理和报告功能使您能够:


• 在模型上创建结果的节点和单元线图

• 创建标量、矢量和张量数据的标记图(立方体、球体、箭头和张量符号)

• 使用横截面和切割平面视图直观查看结果

• 标注结果以便更好地交流结果信息

• 认识到所选节点和单元的价值并将其导出至电子表格以执行更进一步的分析

• 定义和显示所选节点的结果数据的图形

• 创建和管理将模型显示、后期视图和图形相结合的多视口布局

• 创建和管理将模型显示、后期视图和图形相结合的多视口布局

• 快速生成自定义报告

直观查看多学科分析结果

Simcenter 帮助您更轻松地查看多学科分析结果,为您提供深入见解,助您设计出性能良好且满足耐久性要求的产品。 主要的后处理功能包括:


• 显示选项,包括等位面、流线、轮廓、变形和动画

• 图形选项,包括XY 图、条形图、同步的轮廓图和注释图

• 导出选项,包括HTML、Excel、JPEG、JT、BMP、PNG、TIFF、GIF 和动画 GIF


轻松创建仿真报告

只需点击几次鼠标,即可在Simcenter 环境中轻松创建和编制仿真报告。 仿真报告可自定义以包含边界条件、材料属性、图像和图形,并可轻松导出以便在外部共享。


1.1.2 结构分析

了解部件或产品装配体在应力或振动条件下如何响应在任何行业中都是至关重要的,但随着产品和材料越来越复杂,除了线性静力学和动力学分析,工程师还需要其他工具。

 

Simcenter 3D 将各种结构分析问题所需的解决方案集成在同一个用户环境中。 工程师不再需要分别为线性静力学分析、疲劳分析以及非线性分析准备单独的工具。 因此,工程部门可以整合分析工具,而工程师只需要熟悉一个用户界面。 Simcenter 结构分析功能由 NX Nastran 支持,它是在计算性能、准确性、可靠性和可扩展性方面都很出色的 FEA 解算器。

 

Simcenter 3D 还支持其他商业有限元解算器(例如 MS Samcef、Ansys、Abaqus、LS-Dyna 和 MSC Nastran)提供的结构分析解决方案。


线性分析

线性分析用于解决静态问题,例如确定结构是否会在规定的载荷下失效;也可用于解决载荷随时间变化的瞬态问题。数十年来,线性分析一直用于评估各行业应用程序的结构性能,例如了解飞机机身对飞行载荷的反应,确定电子设备上的新小型键盘可承受的压力,或土木结构中的梁承受多大的重量后才会屈曲。


Simcenter 3D 解决方案提供齐全的集成线性分析功能,包括线性静力、模态和屈曲分析,而且全部由 NX Nastran 驱动。 如果您已经有首选解算器(例如 LMS Samcef、Abaqus、ANSYS 或 MSC Nastran),仍然可以使用 Simcenter 领先的仿真建模和后处理功能来减少前处理时间,并将整个分析过程的时间缩短多达 70%。

加快线性分析迭代速度

将基本的线性FEA 集成到设计环境中可加快设计-分析迭代速度。 您可以快速对产品性能执行多种“假设”仿真,进而选择最具前瞻性和创新性的概念设计方案。 仿真模型与设计几何模型完全关联,从而可更快地更新设计。

非线性分析

如果变形严重、线性材料假设无效或需考虑接触因素,则非线性分析是合适的仿真选择。跌落失稳分析就是当几何非线性效应有重要影响时的一个例子。对于所考虑的载荷条件,材料属性无法被视为线性时,应该对材料非线性效应建模。例如分析超弹性(橡胶)材料或分析有塑料特征的金属,因为它们受到的应力超出屈服极限。


NX Nastran 可解决各种非线性分析问题。 工程师使用非线性隐式和显式分析解算器可解决如塑料挂钩这类简单的问题,也可以解决如车体顶部挤压分析等复杂的问题。 高级材料功能使您能够仿真橡胶垫架的坍塌或发动机垫片密封的性能。 使用集成式显式动态功能可执行金属成形分析或评估高冲力坠落试验仿真期间的电子硬件性能。


除了支持NX Nastran 的非线性分析功能外,Simcenter 前处理器还支持其他解算器的这些非线性解决方案。 这意味着您仍然可以使用 Simcenter 领先的仿真建模和后处理功能来减少前处理时间,并将整个非线性分析过程的时间缩短多达 70%。

集成的非线性分析

Simcenter 和 NX Nastran 使您能够分析具有接触非线性、材料非线性或几何非线性(严重变形)的模型。


您可以利用NX Nastran 执行多种不同的非线性分析,如热-机械耦合、超弹性材料和咬合拟合。

使用其他非线性分析解算器

Simcenter 3D 解决方案还支持使用其他解算器的非线性分析,包括:

• LMS Samtech Samcef求解器系列

• Abaqus

• 用于非线性静态分析的ANSYS

• 用于一般冲击的LS-DYNA

• 用于非线性静态(SOL106) 和非线性瞬态 (SOL129) 分析的 MSC Nastran

结构动力学

评估动态响应是各种工程应用程序的重要职能,例如评估飞机或汽车处于不同运转条件时乘客的舒适度,或评估振动对消费产品和电子设备性能的影响。


Simcenter 和 NX Nastran 提供全套结构动力学解决方案,包括瞬态、频率、随机加载和冲击响应。 40 多年来,动力学仿真一直是 Nastran(支持 Simcenter 结构分析解决方案的解算器)的强项。 NX Nastran 久负盛名的动态仿真功能与 Simcenter 3D 解决方案的产品前/后处理器完美集成,让您可以快速做出设计更改,快递提供动态性能反馈。


通过这些创新工具可交互式评估结构模型的动态受迫响应并快速生成和查看图形化结果。此外,动态分析结果通常用作其他类型分析(例如对柔体的运动分析)的输入。为了简化仿真工作流程,Simcenter 和 NX Nastran 提供了与运动仿真工具(例如 Simcenter Motion、RecurDyn、Adams 和 SIMPACK)的链接。

分析产品的动态行为

您可以计算产品对随时间或频率变化的输入(载荷或运动)的受迫动态响应。

交互式结构动力学

您可以交互式评估结构模型的动态受迫响应,包括瞬态、频率、响应谱和冲击响应分析。NX 响应仿真允许您从 CAE 分析或测试数据导入、生成和编辑激励信息。 Simcenter Response Dynamics 使用 NX Nastran 模态解决方案结果。

转子动力学系统的分析

NX Nastran 有助于预测转动系统的动态响应和了解旋转速度与临界速度。 您可以分析风力涡轮机、发电机、蒸汽或燃气涡轮机、发动机和其他旋转机器的性能。 支持使用坎贝尔图进行后处理。

耐久性和疲劳分析

您的最新设计也许重量很轻,外观出色,但能经受时间的考验吗?产品的使用寿命极大地影响着客户对质量和可靠性的判断,因此如果在开发流程早期能够预测产品寿命,则能更轻松地制定出正确的工程决策。物理疲劳和耐久性测试极其浪费时间且成本高昂,因此评估产品寿命的最佳方式是进行耐久性和疲劳分析。


Simcenter 3D 解决方案有助于验证在简单或复杂的载荷条件下,产品在其整个生命周期中的结构完整性。 分析人员可使用 Simcenter 执行深入的疲劳分析和寿命计算,以基于 NX Nastran、Simcenter Motion、Simcenter Response Dynamics、MSC Nastran、Ansys 和 Abaqus 解决方案得出的结果帮助确定产品耐久性。

集成的耐久性分析

借助Simcenter,您可以执行深入的疲劳分析和寿命计算。 分析可基于静态或瞬态事件数据,支持多种寿命标准。 可为疲劳寿命、损坏和安全报告创建云图。

分析可基于静态或瞬态事件数据,支持多种寿命标准。可为疲劳寿命、损坏和安全报告创建云图。

从设计到运动再到耐久性的完整工作流程

利用Simcenter,您可以轻松将Simcenter Motion 的运动仿真结果作为输入传递给耐久性分析,以节省时间和加快分析速度。整个工作流程的完成不需要在不同的应用程序之间手动转换或传递数据。 设计变更时,与 CAD 数据之间的关联性意味着可快速更新结果。

噪音、振动和平顺性(NVH) 分析

噪音、振动和平顺性(NVH) 分析通常用于汽车业,它将汽车乘客的体验特征量化为结构振动的结果。 客户察觉到的意外振动或噪音可直接转换为有关产品质量的负面评价。 但是,了解哪些工程变更会影响噪音和振动并非易事,而且物理测试成本高昂且耗时严重。


Simcenter 3D 和 NX Nastran 提供的仿真解决方案使您能够在开发周期中尽早执行 NVH 分析,使得设计变更的成本大幅度降低。工程师使用 Simcenter 3D 或 NX Nastran 可分析噪音和振动,包括线性静力(含惯性释放)、模态、直接法和模态法频率响应分析及直接法和模态法瞬态响应分析。 由于准确的 NVH 分析需要大型模型并且计算密集,因此 NX Nastran 因其高效解算大型模型的能力成为 CAE 工程师的理想选择。

加快对噪音和振动分析的建模速度

NVH 模型通常包括大型装配体。 通过 Simcenter 3D 可利用高效的装配体建模技术。 对于动力系统和车身系统的声学分析,您可以通过使用连接技术(例如胶粘连接)加快建模速度。

有效解算NVH 模型

NX Nastran 提供关于分布式处理和超单元使用的创新解决方案。 您可以快速准确地计算声学-结构耦合,并在同一仿真中优化车轮失衡和道路振动的性能。

分布式内存模态解算方法包括:

• 基于几何体

• 基于频率

• 分层

• 递归



1.1.3 声学分析

您的客户是否期待更安静的产品?您的竞争对手是否正通过改进音质获得竞争优势?日趋严格的噪声排放法规是否影响您的产品销售?您是否希望能减少用于预测声场的时间,或者希望发动机升速试验等复杂工作所用时间能缩短数周?

 

过去,由于成本和时间限制,参数化分析和设计改进完全不可行。唯一选择是在开发阶段后期,运用昂贵的方式进行弥补,然而此时已失去设计灵活性。

 

使用Simcenter 3D 进行声学分析可以帮助您克服这些挑战。 Simcenter 3D 在集成式环境中提供内场和外场声学分析,帮助您在早期设计阶段做出明智决策,从而能够优化产品的声学性能。 Simcenter 3D 的统一且可扩展建模环境与高效解算器和易于解读的可视化功能完美结合,让您能够快速获得对产品声学性能的预测。

声学有限元法

汽车客户通常根据车厢静音程度来判断汽车质量。但是,乘客在车厢内感受到的噪声(或无噪声)可能受到许多因素的影响,包括车身的结构振动模态以及汽车内室使用的吸音材料。

Simcenter 3D 中用于声学分析的有限元法 (FEM) 是仿真此类室内声学问题的理想选择。 除了在解算速度方面更为高效,声学有限元法还让您能够执行将结构模态和隔音材料考虑在内的声振耦合分析。 Simcenter 3D 支持基于市场领先 NX Nastran 解算器的声学有限元法,且此方法完全集成到这款解算器中。

声学有限元法可以用来解决外部或内部声学问题,通常用于动力系统中进气系统的噪声分析。凭借Simcenter 3D 高效的建模功能以及出色的解算器速度,声学有限元法通常是工程师的首选解决方案。

声学有限元法的功能

• 内部和外部声学

• 全耦合及弱耦合的振动声学仿真

• 考虑由于温度效应导致的均匀或非均匀流体域的仿真分析1

• 定义吸声材料等多孔材料

• 定义要在此处计算声学结果的麦克风

• 支持用定义无限平面来高效考虑反射平面

• 通过面板贡献量分析找出突出噪声贡献

声学有限元法的优点

• 利用NX Nastran 高效实现快速解算

• 准确预测声学性能并最大限度降低设计风险

• 快速找出噪声问题的原因

• 凭借集成式环境帮助您避免数据交换错误,高效地将结构振动效应纳入分析

声学边界元法

音乐发烧友对扬声器系统音质非常挑剔,他们总是精心选择扬声器来尽情享受自己喜欢的音乐。为达到狂热音乐爱好者期待的音质,领先的扬声器开发企业利用外部声学模拟来获得超越竞争对手的创新设计。


外部声学仿真不仅能应用于扬声器。所有能够产生噪声的物件,如泵、压缩机、进气系统、引擎等,都可以用外部声学仿真。所有这些应用的共同之处是几何体的复杂性,这给仿真过程带来一些难度。


声学边界元法(BEM) 只需要几何体的外表面网格,因此有助于简化外部声学仿真。 这不仅简化了建模过程,还降低了仿真模型中的自由度,使分析变得更轻松。


Simcenter 高效的建模环境与声学边界元法 (BEM) 完美结合,能够理想解决涉及复杂几何体的外部声学问题。

声学边界元法的功能

• 间接和直接边界元法

• 非耦合与弱耦合振动声学分析

• 声压、声功率函数显示和3D 成像

• 表面吸声板

• 边界条件,包括表面振动、表面压力和声源

• 无限平面(如对称面)

• 麦克风网格

声学边界元法的优点

• 因只需要表面网格化,可高效分析

• 准确仿真外部声学问题

• 更快的设计-分析迭代

声学建模

如果使用传统的CAE 工具,创建声学分析模型会非常耗时且繁琐。 由于缺乏良好的几何体编辑功能,用户在创建内部声学仿真所需的流体区域时极其困难,仅此一项任务经常需要数天的时间。 然后在每次更改产品设计时,都需要重复这个过程。


Simcenter 3D 显著加快声学建模过程,因此您可以将更多时间用于所开发产品的声学问题的工程解决方案。 Simcenter 3D 具有传统声学建模工具无可比拟的强大几何体分析准备功能。 具体而言,同步建模技术可对任何 CAD 几何体进行直接的且不基于建模历史的编辑功能。 此外,CAD/CAE 关联功能可自动将设计变更直接推送到分析模型中,因而不必在每次设计变更时进行耗时的模型重建工作。 对于内场声学,如汽车车厢或空气管道,Simcenter 3D 提供了完善的表面提取技术,可在短短几秒钟内提取最复杂的流体区域。 对于外场声学应用,如扬声器或汽车变速器外部噪声辐射,Simcenter 3D 能够围绕噪声辐射系统快速生成一个外凸的流体网格。

表面包络

• 直接从几何体或网格数据创建流体区域

• 输出选项:

• 可以使用Simcenter 3D 全面的网格划分功能来划分几何体的网格。

• 2D 表面网格可用于基于声学边界元法的分析, 3D 体积元填充用于基于声学有限元法的分析。

• 用于定义所产生流体区域保真度的一组完整控制参数。

外凸的网格

• Simcenter 3D 能够在所分析组件外部较远的距离快速创建一个外凸表面网格。 这个外凸网格定义外部无限的流体区域。

• 定义输入网格时,可以基于2D 表面网格、3D 结构网格的封闭表层网格或者通过结构模型的表面包络结果得到的包络网格。

• 可以定义与输入网格的偏差距离,以创建随后用流体单元填充的空隙。

声学建模的优点

• 只创建一个模型即可解决内场和外场声学应用的所有振动声学问题。

• 结构和声学模型都完全集成在SimCenter 环境中,因此二者之间无需数据交换。

• 减少编辑几何体和网格划分的时间,让您有更多时间用于评估设计性能。

• 根据设计变更快速更新您的分析模型,实现更快的设计-分析迭代。


1.1.4 复合材料分析

为了让产品更轻但又更结实,制造商越来越多地使用复合材料。因复合材料制成的产品构建原型的成本非常高,所以在开发采用层合复合材料的新产品时,仿真必须起到重要作用。


通过不断开发材料模型和单元类型,Simcenter 3D 在复合材料分析方面拥有领先优势。 Simcenter 3D 无缝连接复合材料设计,精确的解算器以及全面的后处理功能,大大加快仿真层合复合材料的整个过程。 利用 Simcenter 3D,您可以在 Fibersim 中轻松完成专业复合材料建模,使用 NX Nastran 和 LMS Samcef 解算器轻松完成复合材料分析。


此外,您可以利用高效Simcenter 3D 环境构建用于 Abaqus、Ansys 和 MSC Nastran 等外部解算器的层合复合材料分析模型。

层合复合材料的前处理/后处理

Simcenter 3D 加快层合复合材料的整个分析建模过程。 借助与复合材料设计软件 Fibersim 的集成,您可以快速创建表示您的层合复合材料设计的有限元属性。 使用 Simcenter 3D 强大的几何体编辑和网格划分功能,您可以快速创建用于 NX Nastran 或 LMS Samcef 以及用于 Abaqus、ANSYS 和 MSC Nastran 等外部解算器的分析模型。 您可以直接在 Simcenter 3D 环境中查看这些解算器的结果以确定后继措施。


Simcenter 3D 提供分析模型与几何体的关联,让您省去了重新建模的时间。 只需极少工作,几何体设计和复合材料定义的变更会立即在 Simcenter 3D 的分析模型中反映出来,实现更快的设计-分析迭代。

复合材料建模功能

• 基于区域和基于铺层的建模

• 与Fibersim 双向对接

• 导入来自第三方工具(如CATIA、Patran Laminate Modeler 和 Simulayt Laminate Tools)的铺层定义

• 3D 铺层拉伸

• 铺覆算法

• 完全定义铺层、层合板和材料,包括纤维方向

• 首层失效判据(最大应力、Tsai-Hill、Tsai-Wu、Hashin 和 Puck)的逐层结果还原,显示失效判据的包络(关键结果、铺层或载荷结果),以及先进的非线性损伤扩展预测

• 支持NX Nastran、LMS Samcef、Abaqus、ANSYS 和 MSC Nastran

Simcenter 3D用于层合复合材料的优点

• 执行更快的设计-分析迭代

• 与来自Fibersim、CATIA 和其他软件的基于 CAD 的复合材料定义交互

• 通过几何体关联保持模型与最新设计保持同步

• 通过考虑变形纤维方向提高有限元建模准确性

复合材料仿真解算器

物理测试成本高昂且难以管理,因此确保您的CAE 模型准确尤其重要。 凭借数十年来与研究中心和众多行业合作中获得的广博深入的专业知识与经验,Simcenter 3D 内含的解算器可有效分析复合材料结构并优化产品性能。 因此,准确性是解算器技术的第一要务。 Simcenter 3D 的解算器可以分析复合材料结构的多种性能属性,例如结构分析(线性和非线性)、热-机械仿真和声学分析。


对于大型模型,解算器可在高性能计算(HPC) 集群上扩展以更快地计算解决方案。

层合复合材料解算器的功能

• 线性静态、屈曲和模态分析

• 瞬态和谐波响应

• 非线性静态和动态分析(包括后屈曲和失效仿真)

• 热-机械分析(链式分析或完全耦合)

• 有限元和边界元声学仿真

层合复合材料解算器的优点

• 预测各种属性和优化产品性能

• 减少使用成本高昂的原型物理测试

• 通过高性能计算集群解算大型模型

• 执行更快的设计-分析迭代。

渐进损伤过程仿真

复合材料工程设计的一项主要挑战是确保结构和材料的设计能够完全支撑将要承受的载荷。在损伤扩展和疲劳方面,复合材料比金属复杂得多。例如,损伤可能会在压层中扩展,导致纤维断裂和基体破裂。但是,损伤也可能会在复合材料的压层之间出现,称为分层损伤。


Simcenter 3D 可帮助您实现耐损且轻质的设计。 西门子数十年来与大量使用复合材料的众多行业建立业务关系,凭借由此获得的知识和经验,Simcenter 3D 能够准确地对不同的损伤模式进行建模:


• 层间渐进损伤扩展——导致纤维断裂、基体破裂以及纤维-基体剥离

• 层内(分层损伤),通过粘结单元方法。可以在两个板层和装配体的两个不同部分之间定义粘结单元。

• 非局部模型可以实现层间损伤和层内损伤的耦合分析,以更符合工程实际。

仿真复合材料结构中损伤扩展的功能

Simcenter 3D 涵盖以下类型的分析:

• 无限/长纤维复合材料结构的静态或动态非线性分析。

• 复合材料结构中的层内损伤(纤维断裂、基体破裂以及纤维-基体剥离)。

• 通过粘结单元方法实现复合材料结构中的层间损伤(层离)仿真。

• 耦合两种损伤的非局部模型。

• 静态载荷或疲劳。

• 循环负荷加载情况下的刚度降低。

仿真复合材料结构中损伤扩展的优点

• 充分利用复合材料设计中每种材料实现损伤耐受设计。

• 通过少量的测试,调整材料本构方程。

• 凭借在早期设计阶段执行的准确仿真,最大限度减少成本高昂的实物样机试验。

复合材料制造流程仿真

与使用复合材料有关的最基本问题之一是制造流程的选择。从成本到生产速度和生产能力,制造流程的选择会影响最终组件的许多方面;此外还可能影响组件性能本身。


在复合材料制造流程中,可能会出现固化和结晶等多种现象,它们对于产品性能和质量可能会有很大影响。例如,回弹效应比较常见,这会导致部件变形而报废。另一个例子是出现残余应力,使部件运行中承受的应力增大。这会导致不良后果,如疲劳寿命和损伤扩展速度发生改变以及极端载荷下性能较差。


Simcenter 3D 能够仿真制造流程现象,如固化和结晶。 使用 Simcenter 3D,您可以在复合材料结构的设计中考虑回弹效应和残余应力,以此实现产品的最佳性能。


复合材料制造流程仿真的功能:

热-机械链式分析用于仿真热固性复合材料部件的固化过程。 通过考虑:

• 固化过程中的材料历史(固化温度和程度)

• 与模具的热学和机械交互


固化仿真将预测:

• 温度分布

• 固化程度

• 固化期间和脱模后的内部应力和变形

复合材料制造流程仿真的优点:

• 以“制造状态”而非“设计状态”完成复合材料组件的工程设计

• 优化流程参数(加热温度和时间、压力等)来降低/抑制影响和回弹

• 仿真制造流程,而无需构建成本高昂的物理原型


1.1.5 热分析

热管理是各种产品的首要考虑事项,包括工业机械、汽车和消费电子。任何热管理解决方案的目标都是将产品温度维持在性能最优的范围内。实现这一目标可能要求以被动或主动管理的方式减少或增加热量,可使用热分析软件进行评估。Simcenter 3D 解决方案包括全面一流的热仿真功能,可帮助您了解产品的热特征,继而调整您的热管理解决方案以实现最佳性能。

热传导分析

热量通过实体从高温向低温区域传递时,就会发生热传导。这是自然发生的,一直持续到实现热平衡状态。日常生活中典型的传导示例包括:装有沸水的水壶,把手会变热;铜管中有热水经过时,外壁温度升高;吃一勺冰淇淋后自然会感觉到一阵冰凉。

了解传导行为可帮助您设计出更安全、更可靠、性能更优的产品。Simcenter 为您准备了稳健的热传导分析功能,其基于的技术与 I-deas TMG 系列解决方案的技术相同,值得用户信赖。

集成传导分析

Simcenter 3D 为热传导仿真提供了集成环境,因此您可以了解并提高产品的热性能。 您可以对涉及传导的各种热传递场景建模。 与 CAD 之间无缝的关联性意味着在设计变更时可快速更新 CAE 结果。

扩展模型以包括其他热传导模式

Simcenter 3D使您能够对各种复杂零件和装配体中的传导性、对流和热辐射进行建模和分析。将基于高阶有限体积的技术应用于FE网格,可准确高效地解决大量热传导问题。



对流

对流是各种应用程序、过程和自然现象中存在的主要热传导途径。有两种类型的对流:自然对流和强迫对流。热流体或空气上升,取代了较冷的流体/空气,就会发生自然对流。 这种转移形成了自然的对流。 以机械手段移动流体或空气时,就会发生强制对流。


在大热天关闭空调后,就会在屋子中观察到自然对流。如果房子有两层,则第二层会比第一层热得多。在汽车冷却器中可看到强制对流。其中风扇将空气强制驱赶到热交换机表面,促使冷却剂向空气中排出热量。


许多产品依赖于稳健的热管理战略来实现最佳的性能和耐久性。通过战略性地放置组件或使用其他工作流体优化这些设备中的对流性热传导是一个复杂的问题。使用仿真可以极其有效地为您的产品确定最佳对流热管理战略。Simcenter 为您准备了稳健的热传导分析功能,其基础是支持 I-deas TMG 系列解决方案的相同可信赖技术。

对流热传导

Simcenter 3D 一流的流体分析和热分析解决方案为冷却仿真提供了强大的平台。 利用 Simcenter 3D 的强大功能,您可以有效地对复杂产品中的热传递进行建模、分析和可视化。

高级建模功能

Simcenter 3D 提供了专门的焦耳加热功能和水力网络的一维表示。 其他功能包括Peltier冷却器和对流热耦合。

共轭热传导

表面温度通常与不同的热传导途径相关。此类表面温度的解决方案需要从各种热传导途径中“共轭”或组合得出。途径可能包括以单一稳态表面温度为结果的单源或多源传导、对流和/或辐射。


为了设计出符合或超出产品功能要求的性能最佳的产品,需具备一种有价值的功能,那就是执行共轭热传导分析和预测表面温度的能力。Simcenter 3D 为您提供能力出众的稳健热分析功能来预测继而优化产品设计的温度特征。Simcenter 的热分析所基于的技术与 I-deas TMG 系列解决方案的技术相同,值得用户信赖。

传导、对流和辐射组合分析

Simcenter 3D 使您能够对各种复杂零件和装配体中的传导性、对流性和辐射热传导自信地进行建模和分析。 将基于高阶有限体积的技术应用于FE网格可准确高效地解决大量热传导问题。


Simcenter 3D 提供一套全面工具来用于复杂热传递场景的模型准备、分析和可视化。

对复杂的热现象建模

通过用以仿真复杂现象(例如消融和相位变化)的高级辐射和材料模型进一步加深热分析。


用于冷却电子设备的共轭热传导

Simcenter 3D 为电子系统冷却提供了一种专用应用程序。 该程序的强大功能支持直接 ECAD 到 MCAD 数据转换,让您很方便地仿真电气组件热学行为。

辐射

当对象辐射出微波能量时,便会发生辐射热传导。这些微波一般处于波谱的红外线区域,被称为热辐射。在地球上,辐射发生时一般伴随有其他热传导现象,例如传导和对流。例如篝火。燃烧的圆木所产生的热量会通过对流使周围空气变热。另一方面,圆木燃烧时明亮的火光将火焰的热量辐射出去。


在真空环境下,辐射是热传导的主要方式。


正确说明辐射行为对于许多应用程序而言至关重要。在灯具中,忽略辐射会导致结果不准确或错误。在太空应用中,考虑辐射非常必要,因为这是主要的热传导机制。


Simcenter 3D 为您提供了出众且丰富的辐射分析功能,以解决有关辐射热传导的最复杂问题。 此外,Simcenter 3D 提供了特殊的插件应用程序,专用于分析太空系统。 Simcenter 3D 采用的技术与 I-deas TMG 系列解决方案的技术相同,值得用户信赖。

辐射热传导分析

Simcenter 3D 提供一流的辐射和材料模型。 用于空间系统分析的特殊解决方案将这些功能与高级功能(例如太阳能供暖)相结合,以便高效分析空间系统。

热分析中的辐射

利用Simcenter,您可以对各种复杂零件和装配体的传导性、对流性和辐射热传导自信地进行建模和分析。 相关功能包括:

• 辐射视角因子计算

• Monte Carlo 和高级辐射选项

• 辐射热源

热学建模

如果使用传统的CAE 工具,模型准备部分最多可占整体 CAE 流程的 80%。 这通常是由繁琐的几何模型清理和准备工作以及因获取封闭流体体积而产生的挑战所导致的。 传统的 CAE 模型通常还与 CAD 几何体没有关联,因而每次变更设计时需要重新创建模型。


Simcenter 3D 是用于模型准备、执行和结果可视化的一个集成的现代 CAE 环境。 重点是稳健的分析几何模型的准备功能。 具体而言,Simcenter 3D 允许通过同步建模技术对多 CAD 几何体进行直接的历史独立型编辑。 此外,CAD-CAE 关联功能可自动将设计变更直接推送到分析模型中,因而不必在每次设计变更时进行耗时的模型重建工作。 Simcenter 3D 还包括完善的表面包络技术,可提取最复杂的流体体积进行热分析。


Simcenter 3D 消除了重复而耗时的热学模型准备工作,加快了仿真效率。

简化CAE 几何模型编辑

Simcenter 3D 可以大幅缩短热学和流体分析的 CAE 模型准备时间。

Simcenter 3D 中的热模型与设计几何模型相关联,因此仿真结果将在设计变更后快速更新。

表面包络技术

Simcenter 3D 强大的表面包络技术让您能够快速提取复杂的内部或外部表面体积进行热分析。


1.1.6 流体仿真

从推动风车旋转的气流,到汽车尾管排出的热尾气,再到从口腔吸入装置的喷嘴喷出的药物,可以看到,流体动力学是日常生活必不可少的基本组成部分。气流和液体流对于产品的功能性和耐用性而言都是至关重要的。因此,计算流体力学(CFD) 分析具有重大的工程意义。 Simcenter 3D 集成了全面的流体分析功能,帮助您直观查看和优化设计流体特性,从而制造出性能更优、寿命更长的产品。

可压缩流

许多产品、流程和日常现象中都会出现可压缩流。典型的例子有:吹得风向标转动的一阵风,包围飞行中的高尔夫球的紊流场,或旋转风扇前方发生的静态增压。可压缩流通常涉及到流体的压缩或膨胀。例如,空气压缩机会压缩空气,而氧气筒则允许在阀门打开时膨胀。可压缩流的预测是非常有价值的,因为它可以帮助我们计算曝露在风中的结构上的载荷,了解通过建筑中的通风管损失的压力,或优化体育设备的空气动力性能。


Simcenter 3D 特有的一流的流体分析功能可分析各种问题,包括可压缩流。 Simcenter 3D 流体仿真解决方案具备出色的准确性以及并行处理,还能根据需要无缝过渡到热-流体耦合仿真。

粒子跟踪

利用Simcenter 3D 的粒子跟踪功能,跟踪您正在分析的可压缩流中的粒子。 在需要配给正确剂量药品的医疗设备等应用中,或需要测量系统的污染物排出水平的排出应用中,此功能用处很大。

流体-结构耦合

使用来自流体解决方案的压力和剪切力结果作为Simcenter 3D 中结构分析的预应力条件。 该集成环境允许您轻松将压力结果传递到 Simcenter 3D 的结构分析解决方案。

流体-热多物理场

将流体仿真与Simcenter 3D 热解决方案无缝耦合,以仿真复杂的热-流体交互和共轭热传导。

不可压缩流

每当液体在内部或外部流动时,就会出现不可压缩流。流经房屋内的铜质水管或PVC 水管设施的水,流经发动机缸体冷却套管的防冻剂,还有在海洋深处航行的潜水艇,这只是当今生活中所见的众多不可压缩流的几个例子。


计算流体力学(CFD) 场允许工程师预测不可压缩流的行为。 无论分析的最终目标是什么,Simcenter 3D 都有相应的工具和功能使您的流体流动分析轻松、高效。 Simcenter 3D 具备无与伦比的准确性、并行处理功能,还能根据需要无缝过渡到热-流体耦合仿真。

集成的CFD 分析

通过Simcenter 3D 的 CFD 分析功能可以更好地理解真实世界的系统中的流体分布。 这有助于您识别和纠正意外分离和再循环现象,使创建的系统具有最小的压力损失。

可靠而强健的CFD 解算器

使用Simcenter 3D,您可以通过基于单元的有限体积法和耦合的代数多网格法离散化和解算纳维尔-斯托克斯方程式,从而高效仿真流体流动。


流体-热多物理场

您可以将流体仿真与Simcenter 3D 热解决方案无缝耦合,以仿真复杂的热-流体交互和共轭热传导。


流体-结构耦合

您可以使用来自流体/热解决方案的速度和热传导信息作为 Simcenter 3D 中结构分析的输入条件。 该集成环境允许您轻松将生成的流体流动边界条件传递到 Simcenter 3D 的结构分析解决方案。

1D 流体网络

流体网络是彼此相连的、承载流体的导管或管道的集合,在某些应用中可能极其错综复杂。例如,空气-水热交换机(有时称为冷却器)由数量庞大的管道组成。 这些管道承载高温液体,由于管道外部覆盖空气流,因而当液体在热交换机内迁移时,会逐渐冷却。


对如此大量的管道进行三维(3D) 建模是非常繁琐,而且不现实的。 一维 (1D) 表示流体网络则是出色的替代方案。配合用3D方法建模空气体积, 1D 液压网络可准确仿真热传导,同时将计算量维持在合理范围内。


Simcenter 3D 可实现 1D 流体网络和 3D 流体域的无缝耦合,从而对复杂系统进行真实的高效计算分析。

建模速度更快

可将复杂流体网络建模流程所需时间缩短多达90%。 您能够使用 1D 单元对冷却液管道建模,而不用对繁琐的六面体网格建模,如此即可从管道建模流程中节省数小时或数天时间。

解算速度更快

解算器计算1D 单元比计算传统的 3D 六面体单元所需的时间少。 根据模型尺寸,1D 流体网络可帮助您加快计算求解速度并更快获得结果。

非牛顿流体

与牛顿流体相比,非牛顿流体具有独特的流体动力特征。具体而言,非牛顿流体的粘度会因作用的应力而变化。典型的非牛顿流体包括玉米粉溶液、酸奶、牙膏和熔融聚合物。


在以这些流体为特点的CFD 分析中需要说明非牛顿流体的独特行为。 Simcenter 3D 拥有高级的流体建模功能和强大的流体解算器,可帮助您轻松处理非牛顿流体。

集成的CFD 分析

使用Simcenter 3D,您可以对复杂零件和装配体中的非牛顿流体轻松建模和分析。 使用基于单元的有限体积法和耦合的代数多网格法离散化和解算纳维尔-斯托克斯方程式。

扩展的流体分析

通过用于处理粒子跟踪、多旋转坐标系、1D 流体网络和非牛顿流体的其他功能,可进一步深化非牛顿流体分析。

CFD 建模

如果使用传统的CAE 工具,CFD 模型准备部分最多可占整体 CAE 流程工作量的 80%。 这通常是由繁琐的几何模型清理和准备工作以及因获取封闭的流体体积而产生的挑战所导致的。 传统的 CAE 模型通常与 CAD 几何体没有关联,这就需要您在每次设计变更时重新创建模型。


Simcenter 3D 是一个集成的现代化仿真环境,可用于模型准备、执行和结果可视化。 主要的重点是稳健的几何分析模型准备功能。 具体而言,同步建模技术允许对多 CAD 几何体进行独立与历史的直接编辑。 此外,CAD/CAE 关联功能可自动将设计变更直接推送到分析模型中,因而不必在每次设计变更时进行耗时的模型重建工作。 Simcenter 还包括复杂的表面包络技术,可提取最复杂的流体体积进行 CFD 建模和分析。


Simcenter 3D 消除了重复而耗时的 CFD 模型准备工作,加快了仿真效率。

表面包络技术

几秒内迅速创建流体区域几何体。Simcenter 3D 包括强大的表面包络技术,可迅速提取复杂的内部或外部表面体积进行 CFD 分析。 此外,新流体区域几何体与初始设计保持关联,因此每当设计变更时,您都可以快速更新分析模型。

简化CAE 几何模型编辑

Simcenter 3D 中的同步建模技术为您提供快速直观的直接编辑 CAE 几何模型功能,以便更好地进行流体建模。 您可以快速创建和分析备选设计方案,并直观使用几何模型作为设计变量以推动优化分析。

CFD 网格划分

您可以使用线性四面体、砖形、楔形和金字塔单元类型创建非结构化的流体网格和边界层网格。Simcenter 3D 包括完整系列的自动和手动 CFD 网格划分选项,可应用于生成相适应的网格。


1.1.7 运动学分析

了解错综机械系统(例如复印机、汽车滑动天窗或飞机襟翼中的机构)的运作环境是一件棘手的事情。许多CAD 工具提供了运动学解决方案,有助于设计师为机构循环选择机械路径,以进行干涉检查。 然而,单靠运动学并不能提供您需要的所有关键信息,例如通过移动可用于调节发动机大小的零件而生成的动力载荷。

 

NX CAE 提供多体动力学仿真功能,远不止包括简单的运动学。 运动分析将计算机械系统的反作用力、扭矩、速度、加速度等。 这款运动分析软件与 NX 的集成可让您直接将 CAD 几何体和装配约束转换为准确的运动模型,而嵌入的 RecurDyn 运动解算器和稳健的后处理功能允许您对广泛的产品行为进行研究。

刚体

基础的多体动力学从刚体运动分析开始。这就要假设机构内的每个零件或组件都是刚体,意味着没有可影响运动的弯曲性能。当然,在现实生活中,大多数零件都不是真正的刚体,但从估算和仿真目的看,刚体分析还是可以提供较准确的结果。根据分析的运动特性,刚体还可能会彼此接触,例如箱子会与输送机系统接触。


Simcenter 3D 提供刚体的机构运动学和动力运动学分析的完整解决方案。 Simcenter 3D 的独特之处是能够使用精确几何体定义运动机制。 Simcenter 3D 可通过将装配体的每个零件定义为刚体并将每个装配约束转换为相应的运动连接,自动创建以 CAD 装配体为基础的运动模型。 Simcenter 3D 还可以轻松对 3D 体之间的接触进行建模和仿真,而且使用精确几何模型的另一个好处是接触分析准确。

刚体动力学

刚体分析是形成对产品运动特征的关键认识的最快方法。Simcenter 3D 为您提供正确的工具来执行详细的刚体动力学分析。

建模灵活性

Simcenter 3D 运动仿真直接将 CAD 装配体转换为有用的运动分析模型。 此外,运动学模型与 CAD 几何体相关联,这意味着 CAD 设计变更时运动模型会自动更新。 支持的运动建模功能包括:

• 机械连接关节

• 约束

• 弹簧

• 衬套

• 阻尼器

• 2D 和 3D 接触

柔性体

典型的机构运动仿真是用刚体。虽然一般的设计可接受此方法,但在许多情况下,刚体不能真实表示相关的所有零件和装配体。因此,您可能无法正确预测性能,因为单靠刚体运动仿真无法表示某些动态特征。但是,通过引入柔体运动,您可以同时分析弹性变形和刚体运动。这有利于更准确地了解零件和机构的性能。


Simcenter 3D 让设计师和工程师能够使用结合弹性变形和刚体运动的保真度较高的模型研究设计性能。如果机构运动中包含较大冲击或运动的快速变化,或者部件柔性变形会影响到机构运动,则有必要在机构动力学模型中考虑部件柔性。

带柔性体的运动分析

带柔体的运动分析可反映关于产品性能的至关重要的见解,而单靠刚体分析可能无法实现。考虑柔性的分析可实现对零件和机构性能更深刻、更完整的评估。

高效分析工作流程

Simcenter 3D 工作流程用于进行柔体分析非常简单直接。在 Simcenter Motion 内工作时,可将机构内的一个或多个组件定义为柔体。Simcenter 会将刚体组件替换为考虑刚度的等效有限元模型。Simcenter 3D将会在后台采用NX Nastran进行模态综合法求解。通过模态减缩的方法使用等效模态和振型来表征部件柔性和动力学特性。

干涉检查

设计新装配件时,您需要考虑装配件工作的空间范围以及组件是否会与周围的几何模型发生干涉。许多CAD 软件都包括与运动学解决方案联合使用的干涉检查,但如果装配体包括的衬套或软管等将柔性单元引入系统中时该怎么办? 单靠基于运动学分析的干涉检查无法解决这类问题。


Simcenter 3D 可以解决这些问题,因为它提供真正的多体动力学解算器,可计算与弹簧、衬套和柔体连接的装配组件的位移和位置。 此外,Simcenter 3D 让您能够快速轻松地解算运动分析,因为它可以自动将 CAD 装配体转换为运动模型。 然后,您可以直接使用几何模型真正了解机构在操作环境内如何运行并确定是否需要变更设计以避免干涉问题。

干涉检查

干涉检查在涉及零件运动时体现出其重要性,例如汽车悬架或飞机起落架机构的运动。您务必要了解在相关运动的整个范围内发生干涉的可能性并考虑系统中的柔体组件。


精确见解

使用柔体运动仿真不仅可确定是否存在因零件柔性导致的干涉问题,还能准确得知干涉发生的地点和位于运动周期的哪个部分。如此您便能够精确地回应问题,而无需经历无数的迭代或物理测试,从而节省宝贵的时间并提高化解问题的能力。


控制系统的联合仿真

当今的产品经常会采用各种控制系统,例如电子系统、液压系统或软件。控制系统的行为会影响硬件机械系统,反之亦然,因此机械和控制工程师务必要在系统开发过程中了解这些效应。


您可以同时仿真和优化机械和控制系统,从而提高工程效率。Simcenter 3D 能够机械与控制系统相结合的联合仿真。联合仿真有助于机械设计师和控制系统设计师在设计流程早期阶段测试机械和电子系统之间的交互作用。 早期测试有助于检验控制系统设计是否足够稳健,能够控制动力机构并有助于避免开发后期成本高昂的变更活动。

使用LMS Imagine.Lab 或 MATLAB/Simulink 进行联合仿真

Simcenter 3D 可以实现运动模型与采用 LMS Imagine.Lab 或 Matlab/Simulink 设计的控制系统相结合的联合仿真。 这可以帮助您同时评估控制系统和机械系统的性能,同时理解两种系统之间的交互。

解决方案灵活性

可以从Simcenter 3D、LMS Imagine.Lab 或者 MATLAB/Simulink 内部运行联合仿真,从而支持实时检测。


1.1.8 多物理场

为了对真实条件进行仿真,分析人员必须考虑同时发生的多种不同物理现象的影响,例如结构动力学、热传导、流体流动、非线性材料行为和运动。通常,一个物理领域的效应还会影响某个产品在其他物理领域的行为特性。例如,热-结构组合效应对于喷气式发动机工程意义重大。 因此,了解多物理场行为是准确预测产品性能所面临的主要挑战。

 

Simcenter 3D 简化了开展多物理场仿真的流程。 该集成建模环境消除了容易出错的外部数据传递,而将多物理场耦合分析链接在一起。 更方便的多物理场仿真工作流程,意味着您可以将更多的时间用于更准确仿真真实世界条件下的产品。

热-应力分析

最新研究显示,超过40% 的操作故障或显著的性能降级都是因热相关问题而起。 热量可造成变形,继而导致附加应力,从而直接影响到机械结构。

 

• 飞机发动机吸入冷空气,冷空气在经过发动机时,会迅速变为温度极高的热气。

• 航天器在遥远的星球表面上时,面临温度的大起大落。

• 电子组件会生成热量,继而可能影响到整个设备的结构性能。

每个案例,您都需要了解温度的变化会在多大程度上改变产品的性能。


Simcenter 3D 使您能够无缝执行热-应力分析并消除了手动数据传递。 使用其他工具时,您可能需要将热仿真结果手动映射为结构分析的输入,这是一个繁琐且易出错的过程。 通过将热分析和结构分析集成到一个环境内,Simcenter 3D 简化了热-应力分析,节省了您的时间并产生了更准确的结果。

最大限度减少错误

一个常见的方法是分别使用独立的热分析和结构分析软件进行热-结构分析。此方法的难处在于,数据在热分析与结构分析之间迁移时很难确保准确性。 Simcenter 3D 的集成 CAE 环境避免数据转换、变换和重建,因此解决了这一难题。 无需操作即可将热分析的结果无缝应用到结构分析模型,确保了最高级别的准确性。

热-结构分析

Simcenter 3D 使您能够了解产品热行为给结构性能带来的后果。 Simcenter 3D 的统一 CAE 环境允许您在一个集成的环境内无缝执行热与结构的耦合分析。

流体-结构耦合

赛车全速赛跑时,车翼会出现故障吗?油缸是否拥有结构完整性,从而能够承受内部激荡的流体所产生的作用力?流体-结构耦合分析无需创建成本高昂的物理样机,即可帮助您解答这些问题。但是,由于分析工具无关联、分析工具有多学科局限性等原因,导致流体动力与结构分析的结合成为一个传统的难题。 将计算流体动力学 (CFD) 分析结果作为输入传递到结构分析非常耗时、繁琐且易出错。


Simcenter 3D 是一个统一环境,您可以在这个环境中构建和解算多分析学科的模型。 流体分析和结构分析都是 Simcenter 3D 的强项,两者结合时,该集成环境使您能够轻松将压力结果作为载荷传递到结构分析解决方案,以分析流体-结构交互作用。 在赛车车翼案例中,这意味着工程师可以快速迭代,以生成有助于赢得比赛的最佳车翼设计。

流体-结构多物理场

利用Simcenter 3D,您可以从流体仿真获取压力结果并将其放入结构仿真,快速轻松地仿真流体-结构交互。

实用的解决方案

从闭合流体体积的创建,到从流体域信息至结构模型的无缝过渡,Simcenter 3D 流体-结构交互软件为您准备了注重效率的实用工具。 主要功能包括:


• 多CAD 兼容性

• CAD-CAE 关联性

• 同步建模技术支持的直接编辑功能

• 一流的流体域包络

• 用于多物理场分析的单一环境

1.1.9 工程优化

如何在保证强度的同时更改此组件的形状?如何以最佳方式组合这些参数以提高性能?工程优化技术在广泛用于寻求满足某些标准的最佳设计时,已解答此类问题。

Simcenter 提供基于仿真的优化解决方案以优化几何模型,同时与标准的商业有限元解算器有接口。 此外,NX Nastran 解算器包括独立的有限元参数优化功能。

几何优化

几何图形优化通常用于查找针对某设计目标(例如最大程度减小重量、峰值应力或位移)的最佳解决方案。此优化过程涉及到执行一系列仿真,同时根据上一迭代的结果调整设计变量。该过程将一直持续,直至达到设计目标并且设计满足所有指定的约束。


凭借Simcenter 3D 强大的几何体编辑功能,您可以使用大量的几何体参数来推动优化流程。 设计变量可包括特征和草图尺寸、表达式以及某些有限元参数,例如一维单元的截面属性和二维单元的壳属性。


您可以使用几何图形优化功能进行结构分析、热分析、流体分析、运动分析和多物理场分析。此外,您还可以使用几何图形优化及很多解算器,包括NX Nastran、LMS Samcef、Abaqus、Ansys、LS-dyna 和 MSC Nastran。

导入模型的几何优化

通过利用同步建模技术直接修改“惰性”几何模型,在导出的 CAD 模型上执行优化。 您可以基于几何体创建优化引擎可改变的设计变量,以实现最佳设计。

针对热分析和流体分析的几何图形优化

几何图形优化可应用于热问题和流体问题。例如,您可以操控几何模型以影响气流模式,从而将电子系统内关键组件的温度降至最低。


FE 参数优化

分析人员通常负责选择合适的材料、厚度和其他参数来改进提出的设计。即使是简单的组件,其有限元模型也有数百个参数可进行修改。通过手动迭代寻找最佳设计极其困难,而且不太可能会成功。

Simcenter 3D 支持 NX Nastran 优化解决方案。 Simcenter 3D 优化软件自动执行设计性能与其性能目标间对比的迭代过程,从而减轻了在改进产品设计上的负担。 您可以改变每个单元的大量参数,包括物理属性(例如壳单元的厚度、复合单元的物理属性)和材料属性(例如杨氏模量)。 支持的分析类型包括基本的结构和模态分析、动态响应解决方案和气动弹性解决方案。

设计优化和灵敏度分析

NX Nastran Optimization 支持许多分析类型,允许您执行设计优化和灵敏度分析。

• 线性静力、模态和屈曲

• 瞬态响应、频率响应和声学

• 静态气动弹性和振颤

• 逐级超单元

高效优化算法

您可以使用高效算法处理数百个设计变量和响应来优化大型模型。实现这一目标的手段如下:

• 稀疏矩阵解算器,可加快速度和占用最少的磁盘空间

• 设计变量链接

• 三种不同的近似方法

• 稳健的优化算法

• 约束删除和区域化

• 重新开始完整的设计周期

• 可调整的收敛准则

1.1.10 仿真数据管理

您是否花费过多的时间寻找正确的数据来建立仿真模型?您如何与开发团队的其他成员共享CAE 见解? 仿真数据管理不仅使用了仿真技术本身,还带来了附加价值,包括:

• 分析方法标准化

• 更加快速准确地建立模型

• 与产品功能要求联系更紧密

• 在更广范围内了解通过仿真得到的见解和认识

• 整体提升对仿真驱动型产品决策的信心

Simcenter 3D 与 Teamcenter 这个全球领先的 PLM 系统无缝且完备集成,从而提供这些价值。

Teamcenter 集成

分析人员通常致力于保持CAE 模型与最新设计同步。 处理装配体时,这项任务的难度甚至更大,因为团队中的不同人员处理不同的组件模型。 如果装配体中有任何组件发生更改,通常没有简单的方法来确保装配体的所有 CAE 模型和结果也会随着更新。

Simcenter 3D 通过提供与 Teamcenter 的深入集成,即可解决这些问题。 CAE 用户可直接从 Teamcenter 访问和检索设计与仿真数据、运行仿真并将结果再存储到 Teamcenter,而无需离开 Simcenter 3D 环境。 更改 CAD 装配体后,引用该装配体的 CAE 用户将收到通知,可以快速更新其模型,从而与最新设计内容保持同步。

实现分析建模标准化

Teamcenter 与 Simcenter 3D 的完备集成意味着您可以基于组织规则从 CAD 物料清单 (BOM) 快速的而出 CAE 结构。 然后可利用批量网格划分创建组件模型并最终连接有限元 (FE) 装配体。

同步仿真模型与设计

组件在Teamcenter 内更新后,你可以轻松更新装配体的有限元模型,而无需离开 Simcenter 3D。如此您可以确保分析模型包含了设计团队所做的最新更改,始终保持最新状态。

性能要求跟踪

为使您充分利用CAE 做出正确的产品决策,请务必执行正确的仿真。 处理 CAE 模型和仿真的分析人员需要掌握关于产品、系统或组件的第一手需求信息。 他们还需要知道何时需求发生变化,以便其更新模型并运行新仿真。 项目经理还需要访问最新的 CAE 结果,以及一个将仿真结果与性能要求做对比的工具。

Simcenter 让项目经理、设计师和分析师可随时访问所有这些信息。 Simcenter 3D 使用直接显示在几何模型上的智能标签,为有需要的人们提供清楚直接的性能要求跟踪功能。

立即通知

您可以将仿真结果直接关联到产品需求以验证产品性能要求。项目经理可以清楚地确定某零件是否满足性能要求。


1.1.11 仿真自动化及可扩展性

事实证明,相对于物理测试,仿真是一个更具时间效益和成本效益的替代方法,能够在更短的时间期限内考虑更多可供选择的设计方案。当今企业正寻求扩大仿真应用范围,但流程自动化和软件操作方面的人力和工具限制导致仿真团队资源受到很大约束。

Simcenter 3D 可以帮助扩大仿真应用范围,让仿真团队能够灵活响应需求波动。 借助 Simcenter 3D 的统一且可扩展环境,仿真团队能够捕捉和自动化仿真工作流。 此外,仿真专家可以编写指导性仿真流程,供初级工程师用于建立更加灵活且能更快应对紧迫问题的仿真团队。

CAE 过程捕捉和自动化

随着公司越来越依赖仿真,它们在寻求方法来加快分析过程并提高仿真效率。当今的许多仿真工作流程都要求分析人员执行相同的手动任务来进行每个设计-分析迭代。 提高仿真效率的一种方法是捕捉重复的 CAE 过程、将其标准化继而自动化。

Simcenter 3D 使工程部门能够捕捉资深分析人员的专业知识,并以向导或模板的形式提供给部门的其他人使用。 使用 Simcenter 3D 的 API 这种开放的自动化和编程框架可捕捉和自动执行 CAE 过程。 分析人员可以使用日记捕捉 CAE 过程中的步骤,然后制定脚本和简单易用的对话框,以便他人使用相同的过程。

自动执行重复性仿真工作流程

您可以使用Simcenter 3D 的 API 来标准化常用工作流程仿真。 有了自动化的 CAE 流程,对于工程师不擅长的特定 CAE 领域,也可以轻松执行基本分析,更快更早地制定更好的工程决策。