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原创

CAE仿真的流程与挑战

2023-05-24 10:24:02
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在CAE中,HPC应用可以大大提高计算速度和精度,从而加快工程设计和优化的过程。

以下是一些常见的CAE中的HPC应用:

  1. 有限元分析(FEA):FEA是一种常用的工程分析方法,它可以模拟结构的应力、变形和热传导等物理现象。HPC可以加速FEA的计算过程,从而提高分析的精度和效率。

  2. 计算流体力学(CFD):CFD是一种模拟流体流动和传热的方法,它在航空航天、汽车、能源等领域有广泛应用。HPC可以加速CFD的计算过程,从而提高模拟的精度和效率。

  3. 多物理场仿真:多物理场仿真是一种将多个物理现象耦合在一起进行仿真的方法,例如结构和流体的相互作用、电磁场和热传导的相互作用等。HPC可以加速多物理场仿真的计算过程,从而提高仿真的精度和效率。

  4. 优化设计:优化设计是一种通过计算机模拟和分析来寻找最优设计方案的方法。HPC可以加速优化设计的计算过程,从而快速找到最优解。

以汽车研发为例,汽车研发流程中70%的时间是基于数字模型仿真。数字模型仿真能够缩短上市时间和提高产品质量,所以各车企在产品开发中都建立了相应的仿真流程,如下所示:

一、确定仿真目标和参数

在进行CAE仿真前,需要明确仿真的目标和参数。例如,如果是对某个产品进行结构分析,需要确定受力情况、材料参数、边界条件等。如果是对某个流体进行流动分析,需要确定流体性质、流动速度、流动方向等。

二、建立模型和网格

建立模型是CAE仿真的第一步,需要将实际产品或流体转化为计算机模型。建立模型的方式有多种,可以手工建模,也可以使用CAD软件进行建模。建立模型后,需要将其转化为计算机可以处理的网格模型,即网格化。网格化的质量对仿真结果有很大影响,需要根据实际情况进行调整。

三、设置仿真条件和求解器

在进行CAE仿真前,需要设置仿真条件和求解器。仿真条件包括受力情况、材料参数、边界条件等,求解器则是用于计算仿真结果的软件。不同的仿真条件和求解器会对仿真结果产生影响,需要根据实际情况进行选择和调整。

四、进行仿真计算

设置好仿真条件和求解器后,就可以进行仿真计算了。仿真计算需要耗费大量的计算资源和时间,需要根据实际情况进行调整。在进行仿真计算时,需要注意监控计算过程,及时发现和解决问题。

五、分析仿真结果

仿真计算完成后,需要对仿真结果进行分析。分析结果包括应力分布、变形情况、流动速度、压力分布等。分析结果可以帮助设计人员了解产品或流体的性能和优化方向,以便进行后续的设计和改进。

六、优化设计

根据仿真结果,设计人员可以进行产品或流体的优化设计。优化设计包括材料选择、结构调整、流体管道优化等。优化设计可以提高产品或流体的性能和效率,减少成本和时间。

 

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  2. 计算流体力学(CFD):CFD是一种模拟流体流动和传热的方法,它在航空航天、汽车、能源等领域有广泛应用。HPC可以加速CFD的计算过程,从而提高模拟的精度和效率。

  3. 多物理场仿真:多物理场仿真是一种将多个物理现象耦合在一起进行仿真的方法,例如结构和流体的相互作用、电磁场和热传导的相互作用等。HPC可以加速多物理场仿真的计算过程,从而提高仿真的精度和效率。

  4. 优化设计:优化设计是一种通过计算机模拟和分析来寻找最优设计方案的方法。HPC可以加速优化设计的计算过程,从而快速找到最优解。

以汽车研发为例,汽车研发流程中70%的时间是基于数字模型仿真。数字模型仿真能够缩短上市时间和提高产品质量,所以各车企在产品开发中都建立了相应的仿真流程,如下所示:

一、确定仿真目标和参数

在进行CAE仿真前,需要明确仿真的目标和参数。例如,如果是对某个产品进行结构分析,需要确定受力情况、材料参数、边界条件等。如果是对某个流体进行流动分析,需要确定流体性质、流动速度、流动方向等。

二、建立模型和网格

建立模型是CAE仿真的第一步,需要将实际产品或流体转化为计算机模型。建立模型的方式有多种,可以手工建模,也可以使用CAD软件进行建模。建立模型后,需要将其转化为计算机可以处理的网格模型,即网格化。网格化的质量对仿真结果有很大影响,需要根据实际情况进行调整。

三、设置仿真条件和求解器

在进行CAE仿真前,需要设置仿真条件和求解器。仿真条件包括受力情况、材料参数、边界条件等,求解器则是用于计算仿真结果的软件。不同的仿真条件和求解器会对仿真结果产生影响,需要根据实际情况进行选择和调整。

四、进行仿真计算

设置好仿真条件和求解器后,就可以进行仿真计算了。仿真计算需要耗费大量的计算资源和时间,需要根据实际情况进行调整。在进行仿真计算时,需要注意监控计算过程,及时发现和解决问题。

五、分析仿真结果

仿真计算完成后,需要对仿真结果进行分析。分析结果包括应力分布、变形情况、流动速度、压力分布等。分析结果可以帮助设计人员了解产品或流体的性能和优化方向,以便进行后续的设计和改进。

六、优化设计

根据仿真结果,设计人员可以进行产品或流体的优化设计。优化设计包括材料选择、结构调整、流体管道优化等。优化设计可以提高产品或流体的性能和效率,减少成本和时间。

 

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