面向对象有限元并行计算框架PANDA的多物理场耦合服务

针对结构分析软件面向多物理场的应用,分析讨论面向对象有限元并行计算框架PANDA的多物理场耦合服务设计,即多物理场分析类型的扩充能力、不同物理场间的数据传递和多物理场耦合分析的求解策略.在PANDA提供的多物理场耦合服务的基础上,开展热-力耦合分析功能的程序开发,实现热弹性分析功能.热弹性分析算例计算结果与ANSYS的...     

JASMIN框架中联邦并行计算及其在多物理耦合中的应用

多物理耦合是一类普遍的复杂应用问题。并行计算时,在充分考虑各个物理过程的基础上,还需要在不同物理过程之间建立数据依赖关系并交换物理量值。这无论对并行算法设计,还是对并行编程实现来说,均具有较大的难度。JASMIN框架提供联邦计算功能,很好地封装和实现了单层结构网格上的多物理耦合并行计算。该功能实际应用于激光聚变和地球系统模式等领域,支撑研发了多个应用程序,可以有效使用成千上万个处理器核进行数值模拟。     

三维渗流有限元软件GWSS开发与应用

针对复杂地质条件的三维地质建模、复杂建筑物的几何建模和复杂防渗排水系统作用下渗流场精细模拟等三维渗流场有限元分析的难点问题,采用IDL开发面向水工结构和岩土工程的渗流有限元分析软件GWSS（Ground Water Simulation System）.该软件包括系统控制模块、数据管理模块、前处理模块、计算模块、后处理模块和制图输出模块等六大模块.前处理模块具有基于钻孔和钻孔剖面的三维地质建模、几何建模与有限元网格生成等功能;计算模块主要用于各种闸坝、堤防、隧道和地下洞室等渗流问题的计算分析等;后处理模块可显示各渗流要素的三维云图和任意截面的二维云图等.GWSS已经在国内四十多个工程的渗流计算中得到应用和检验.     

利科有限元分析软件开发

针对现有的通用CAE分析软件不能满足水工结构和岩土工程领域数值分析的需求,国内外还没有一款功能较完备的水工结构和岩土工程通用的CAE软件的问题,开发出面向水工结构和岩土工程设计、咨询、科研与高等教育的专业有限元分析软件——利科有限元分析软件(LinkFEA).计算模块的设置主要满足该领域中坝、闸、隧道和地下洞室、各类岩质土质边坡等中的渗流场、温度场、应力场(或位移场)及这3个场之间的耦合计算和结构安全性分析需求.前处理模块的功能有几何建模、有限元网格生成以及材料参数、载荷、初始条件和边界条件的设定等;后处理模块包括强度分析、渗透稳定性分析、边坡稳定分析和洞室围岩稳定性分析等,有限元计算结果和分析结果都能以等值线图或云图显示.LinkFEA已经过国内多个工程的渗流和应力(变形)计算的检验.     

基于主S-N曲线法的焊接结构疲劳寿命预测系统开发和关键技术

根据ASME标准的计算公式,开发基于主S-N曲线法的焊接结构疲劳寿命预测软件,其核心是采用网格不敏感结构应力及一条主S-N曲线的方法计算焊接结构的疲劳寿命.系统开发选用面向对象的VC++语言和OpenGL开发库;采用模块化程序设计的思想将系统划分为有限元定义模块、焊缝定义及结构应力计算模块、载荷谱管理及雨流计数模块、主S-N数据管理及疲劳计算模块等4个核心模块;开发专用的接口程序和三维交互界面.该软件系统已在我国轨道交通制造行业中得到良好应用.以某货车车体关键焊缝疲劳寿命计算为典型实例,用软件系统进行车体疲劳寿命评估,计算结果表明该货车焊缝满足设计要求,同时也证明该软件系统的实用性和高效性.     

一个偏微分方程计算的新平台-UG

UG(UnstructuredGrids)是近几年成熟起来的一个计算偏微分方程的软件平台。它实现了二维、三维非结构网格的自适应局部加密,结合了多层网格计算方法,具有串行程序向并行程序平滑过渡的特点,是数值仿真和数值算法研究的有利工具。论文简要介绍了该软件的一般情况,着重分析了软件的基本数据结构、多层网格思想和并行机制,并对UG在我国的应用进行了展望。     

多物理场耦合界面数据传递的仿真研究

高超声速飞行器的系统仿真是一个气动流场、结构应力场以及结构温度场的高度耦合过程,仿真过程中,需要在耦合界面上完成数据的迭代交换,传递的内容主要包括位移、速度、压力、温度等耦合数据,主要作用就是完成各个耦合场的方程之间参数的传递,在统一的仿真时间内实现仿真的迭代.耦合界面数据传递的技术难点在于要保证耦合界面处的总功守恒以及多物理场耦合仿真的精度[1].目前大多采用以插值为主的局部数据传递方法针对二元耦合开展研究与应用[1,3],局部插值的缺点在于全局精度偏低,偏差较大,计算速度不高.采用径向基函数法(RBF),对界面数据交换方法的仿真应用进行了研究,验证结果表明,计算精度满足仿真要求,求解方程的速度较快,工程应用效果较好.     

终结航空航天产品研发缺陷

现代制造工业是CAE技术发展的摇篮,各种CAE技术正是在以航空、航天、汽车、船舶、电子为主的实际工业应用的推动下,在不到半个世纪时间里迅猛发展起来的.在这些工业领域,CAE技术涵盖了计算结构力学(MCAE)、计算流体力学(CFD)和计算电磁学(CEM)等诸多学科专业分析,以及结构、热、流体和电磁多场耦合为核心的Multiphysics(多物理场)分析.与其他工业行业相比,这些工业对CAE技术具有最全面的需求.     

WB法在声固耦合分析中的应用

描叙了耦合振动声系统建模技术的基本概念.根据WB法的基本原理,将结构位移和声压展开成波函数和特解函数的叠加.应用加权余量法将结构和声学边界条件以及结构与声耦合界面上的连续性条件转换成近似积分,推导出一组由代数方程表示的耦合模型.求解方程的未知系数,再代入展开式得到耦合结构与声系统的响应预报.通过分析二维的算例表明这种预报技术计算量小而精度高,因此可应用到中频的分析.     

激光辐照热效应混合模拟方法

针对激光辐照热效应模拟中传统的有限元法对复杂几何结构和多次散射光处理能力较差的问题,在三维多物理场流-固耦合问题并行计算程序CFS中实现射线追踪-有限元模拟方法.与传统有限元法相比,该方法在有限元网格划分的基础上,采用射线追踪技术将各网格单元所吸收的辐照激光能量加入方程求解系统.对2A12硬铝材料腔体结构件激光辐照热效应的计算表明,该方法提高程序对计算模型几何结构复杂性的适应能力,解决多次散射光存在时传统方法难以准确描述辐照激光能量在求解区域中分布的问题,从而有效扩展CFS程序的使用范围.     

Helmholtz共振腔气动噪声数值仿真

为探究出一套完整、准确的气动噪声仿真方法,用FLUENT和Actran仿真Helmholtz共振腔旁接管道系统模型.针对流场仿真,采用六面体网格建模,分析选择合适的网格密度,明确网格及边界条件的影响,以获得准确的声源信息;运用Lighthill声类比方法对声场进行仿真,采用数值计算、传声损失仿真和气动噪声仿真计算等3种方法提取管道内部场点声压级频谱曲线,分析曲线峰值频率特征,包括共振频率分析和声模态分析等.采用CFD软件与声学仿真软件相结合的方法,可以有效进行流场和声场的仿真.     

大型CAE软件ANSYS及强度试验对比研究

ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场设计计算于一体的大型CAE软件,经过30多年的发展,取得了辉煌的成绩,并形成很多独有功能;ANSYS使用环境友好,功能强大,后处理技术完善;ANSYS在各类工程领域均有应用,可进行结构分析、非线性分析、热分析、电磁场分析、电场分析、流体流动分析、耦合场分析等;设计制造了一个组合梁,分别对其进行了ANSYS静力学强度数值模拟和电测法应力试验,对结果进行了对比分析,试验结果表明:ANSYS功能强大,分析数据安全可靠,可放心用于工程设计与计算.     

基于Abaqus的水下结构声辐射仿真方法

提出一种在Abaqus中直接完成辐射声场仿真的方法,该方法可大大减少流场网格层数.利用无限元的计算结果求解任意远处球形声场的声压;结合弹性球壳的解析解算例验证该方法的正确性,并将该方法拓展到细长型结构中.结果表明：基于Abaqus无限元的水下结构声辐射的计算方法简单、可行;采用有限元与无限元相结合的方法可以大幅度缩小流场区域.     

A system integration framework for coupled multiphysics simulations

Multiphysics simulations are playing an increasingly important role in computational science and engineering for applications ranging from aircraft design to medical treatments. These simulations require integration of techniques and tools from multiple disciplines, and in turn demand new advanced technologies to integrate independently developed physics solvers effectively. In this paper, we describe some numerical, geometrical, and system software components required by such integration, with a concrete case study of detailed, three-dimensional, parallel rocket simulations involving system-level interactions among fluid, solid, and combustion, as well as subsystem-level interactions. We package these components into a software framework that provides common-refinement based methods for transferring data between potentially non-matching meshes, novel and robust face-offsetting methods for tracking Lagrangian surface meshes, as well as integrated support for parallel mesh optimization, remeshing, algebraic manipulations, performance monitoring, and high-level data management and I/O. From these general, reusable framework components we construct domain-specific building blocks to facilitate integration of parallel, multiphysics simulations from high-level specifications that are easy to read and can also be visualized graphically. These reusable building blocks are integrated with independently developed physics codes to perform various multiphysics simulations.     

多物理数值模拟中一种有效的并行耦合方法

在实现多物理并行数值耦合模拟中,需要处理多个物理过程之间网格、并行区域分解的差异.针对该同题,该文基于三维流体力学与激光传播耦合的并行数值模拟,提出了一种实用的并行耦合方法:引入辅助状态将本地插值与通信相分离;构建并行耦合图并定义主导属性,以确定过程间传输的最小数据集合;提供并行数据重分配算法来完成通信.并行数值结果表明:该方法是有效的,在64台处理机上使整体程序获得50.07的加速比.     

基于SPH与FEM的结构入水分析方法

建立基于光滑粒子动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）、有限元法（finite element method, FEM）和无反射边界耦合的结构入水分析方法,将无限水域利用无反射边界条件截断成有限水域,将有限水域分为流体变形大的SPH区域、流体变形小的FEM区域和声学流体FEM区域,结构用FEM离散。采用通用接触算法模拟SPH与FEM的耦合,采用声固耦合方法处理FEM区域之间的耦合,建立流固耦合的SPH FEM分析方法。该方法结合SPH模拟大变形的优点和FEM的高效性,可实现含自由液面变形、液体飞溅和无限水域等特点的流固耦合问题的模拟,为结构入水分析缩小离散区域、降低自由度和SPH粒子数等提供一种有效的分析方法。     

多介质拉氏自适应流体动力学软件LAD2D研制及其应用

拉氏方法是内爆动力学过程数值模拟的主要方法.针对高温、高压、多介质和大变形等内爆问题,采用非结构任意多边形网格底层管理、计算过程中网格邻域可变技术,以及拉氏自适应网格加密方法和层次化、模块化程序设计思想,自主研发非结构拉氏自适应网格流体动力学软件LAD2D.从物理模型、计算方法、程序设计、程序验证与确认、大变形问题数值模拟等方面系统地介绍LAD2D.LAD2D对多介质爆轰弹塑性流体大变形问题有很强的适应能力.     

配电室温度场与湿度场的建模与仿真分析

考虑到变电站配电室内配电设备对环境温度和湿度有较严苛要求,因此有必要研究配电室内温度和湿度分布规律,有助于提高配电设备可靠性。按照与温度计算有关的能量传递方程和与湿度计算有关的气体扩散方程,由理论计算公式分析可知直接计算涉及多变量的耦合,求解难度大。本文采用有限元分析软件ANSYS对配电室的温度场和湿度场进行仿真计算,首先根据实际的典型配电室建立仿真计算模型,并高精度划分有限元网格。其次根据现场运行情况整定计算仿真需要的计算参数,利用仿真计算模型得到了室内温度场和湿度场的水平面分布情况。通过改变风机流量,分析了风机流量变化对配电柜内部温度的影响效果,总结了配电室内温度场与湿度场的分布规律。     

发动机排气管流-固-热强耦合分析

为研究发动机排气管在流-固-热强耦合作用下的复杂工况,用INTESIM软件中流-固-热强耦合的方法计算某型发动机排气管在工作过程中流场、温度场、热变形和热应力的分布情况.结果表明,与传统的分析方法相比,INTESIM的强耦合方法收敛性更好,并且可以在同一软件平台下对模型耦合矩阵方程直接求解得到结构应力场、位移场、流场和温度场的所有结果.