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多物理场

Altair 是多物理仿真领域的行业领军者,可针对包含多学科优化应用在内的多种物理问题提供广泛的综合性软件解决方案。

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使用 CFD 和多体动力学求解器对油罐卡车晃动进行仿真 以下文章介绍了简化的油罐卡车经历变道演示时的多物理场分析。可使用双向耦合 CFD 和 MBD 求解器计算车辆在变道演示过程中的响应。 Read the White Paper
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众多汽车 OEM 从 Altair 的解决方案中获得了最佳的 NVH 设计流程 本研讨会介绍了 Altair 针对 NVH 领域最紧迫的问题所提供的全频率及多物理场解决方案。 View the ATC 2015 Presentation
Altair Smart Multiphysics 为解决结合了结构、流体、温度、多体系统、声学、控制、水力学和电磁学等物理现象在内的复杂跨学科和多物理场分析和设计问题提供了最佳解决方案。所有的解决方案都力图解决复杂产品的设计问题,因此实现了与多学科优化的紧密结合。

Altair Smart Multiphysics 基于单一的开放式架构多物理平台,在利用最佳耦合和优化技术来快速高效地解决复杂的现实工程问题的同时,可通过 Altair 和其重要合作伙伴所提供的单一物理解决方案来最大程度地提高产品的质量、稳健性和可扩展性。

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“过去,大多数动力学分析是靠测试或外包完成的。 现在,我们可以用 HyperCrash 来仿真动力学分析,模拟实际测试。”

–Spencer Ashie-Winns, 结构工程经理

American Railcar 


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经优化支持的多物理场 流体结构耦合 系统仿真和控制 NVH 相关的气动声学 热传递和结构分析 线性和非线性接触 利用 FEKO 进行电缆耦合仿真 碰撞和撞击分析(由 Dallara Automobili 提供)
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流体结构耦合

流体结构相互作用 (FSI) 涉及对流体(气体或液体),结构还有机械系统的行为进行同时仿真,包括它们之间的行为如何相互影响。示例:气流中的风力涡轮机叶片,一架在水上降落的飞机,安全气囊的膨胀或储罐的晃动。HyperWorks 帮助工程师深入研究流体结构的相互影响并为其设计不同的解决方案。

RADIOSS 针对流体结构相互影响提供了多种解决方案。使用显式时间积分法主要用于对短期事件进行仿真。方法包括耦合欧拉-拉格朗日 (CEL)、任意拉格朗日-欧拉耦合 (ALE)、光滑粒子流体动力学 (SPH) 以及有限体积法 (FVM)。后者被应用于安全气囊的仿真环境中。示例包括飞机水上迫降、安全气囊的膨胀和鸟撞事件中。

AcuSolve 主要是一款通用型的计算流体动力学 (CFD) 求解器。AcuSolve 的主要优势之一是通过代码耦合解决 FSI 问题。

AcuSolve 为一个结构提供两种类型的耦合。

  1. 实际的 FSI (P-FSI):利用了结构的模型降阶。该方法的工作原理类似于结构和多体仿真中的模态综合法。结构在模态空间上缩小,并且通过接口节点与流体域进行耦合。结构行为限制为线性。示例:风力涡轮机叶片,增加涡激振动和减震器。

  2. 直接耦合 (D-FSI):AcuSolve 的代码耦合接口可以轻松实现与其他求解器之间的交互。该耦合是一种协同仿真,AcuSolve 和耦合的求解器按时间步长运行,每个时间步长中迭代至稳态。在 Altair 求解器中,RADIOSS OptiStruct 与 AcuSolve 进行耦合。第三方求解器接口也已被使用。示例包括:离岸输油管线运动、机翼/飞机方向舵仿真、血管中的血流和赛车翼的空气动力学。

另一个直接 FSI 的有趣应用是 CFD 与多体仿真的耦合,通过 AcuSolve 和 MotionSolve 的耦合实现。初始项目包括:储罐晃动和在风洞中的汽车变换车道。

系统仿真和控制

使用三维建模进行仿真并不是认识事物并进行产品设计的唯一方法。产品设计中广泛采用一维仿真。包括以物理为基础的建模,例如使用质量、弹簧和阻尼器对机械系统进行建模,以及基于信号的建模,例如控制。

利用 Altair 的专有技术可以在同一系统中实现三维和一维仿真。复杂系统可以同时使用两种仿真技术进行建模。VisSim 软件套件可以与 Altair 3D 求解器进行耦合以创造一个协同仿真的环境。最典型的应用实例是使用多体仿真进行控制的耦合。可以通过 Altair MotionSolve 实现,一个 MotionSolve 模型可以包含在一个 Vissim SIMULATE 模块图中。

此类仿真的示例如下:

  • 无人机的飞行控制

  • 引擎控制

  • 飞机的自动驾驶

接口自然对于协同仿真可用,也可以使用第三方控制仿真软件实现协同仿真。

在带有 3D 有限元求解器的耦合控制中,协同仿真很有用。例如控制可以与 AcuSolve通过用户定义功能进行耦合,例如在轿车中对气候控制的仿真和设计。

ChassisSim 是一款多体车辆动力学软件,可以使赛车团队和车辆动力学工程师,在车辆上路前对车辆行为的各个方面进行良好的仿真。

MotionSolve 和 DSHplus - DSHplus 用于生成液压力且对运动进行控制,而 MotionSolve 用于提供位移和速度信息。

柔性体

在计算机辅助工程 (CAE) 中,精确度和仿真效率非常重要。减少计算工作量又不损失精确度的一个方法是以简化形式表示变形结构。此类简化主要通过将结构转换为模态空间或者静态还原实现,或者通过这两种类型的结合来实现。依据环境条件,这一步骤有几个不同的术语,柔性体、超单元、实际的流固耦合、模态综合法等。因为其在多体仿真中很普遍,我们将称其为柔性体。

OptiStruct 常用于柔性体的生成。取决于其应用,它们可以应用在不同的仿真中。在 MotionSolve 中,用于多体动力学,在 OptiStruct 中作为静态和动态仿真的超单元技术,在 AcuSolve 中用于实际流固耦合,而在 RADIOSS 中对于零件结构进行线性地简化。OptiStruct 柔性体也可与许多伙伴或第三方应用兼容。

示例包括:

  • 流体结构耦合

  • 汽车悬架和闭合构件

  • 飞机机翼偏转

  • 整体 NVH

  • 内燃机仿真

空气声学

计算气动声学 (CAA) 是依据一个表面上或其周围的液体流动,对于声音发生和传播的仿真。这一学科需要对于声音的发生和声音的传播都进行仿真的工具。通常这些工具是分开的。因此,使用 CFD 的仿真以获得初始声压,随后进行噪声传播仿真以计算下游最终声压。

AcuSolve 是一个通用计算流体动力学 (CFD) 求解器,按照物体周围的气流对其初始声压进行计算。AcuFWH 是 AcuSolve 内部的一个气动声学求解器,通过使用从 AcuSolve CFD 仿真计算出的初始声压,可以应用该求解器对声音传播进行仿真。Altair OptiStruct可进一步应用以研究结构响应。

Altair  RADIOSS 使用任意拉格朗日 - 欧拉耦合方法也包括 CAA 功能。具体示例是在一个障碍物上的气流可以研究空气中生成噪音的气流。

OptiStruct 和 Coustyx - 通过 Coustyx 和 OptiStruct 的耦合,用户可以计算通过窗口嵌板从车辆外部到内部的噪音传播。通过计算来自动力总成外壳的噪音辐射可以对噪音辐射进行预测。

气动声学的示例包括:

  • 汽车中驾驶员的耳内噪音

  • HVAC(空调系统)噪音

  • 起落架引起的噪音

  • 啸声现象

热机械仿真

基于机械负荷和热负荷的结合效应,包括取决于热膨胀的耦合,热机械仿真捕捉固体中的变形和应力。Altair 结构分析求解器 OptiStruct 具有在单一的仿真中同时解决热物理和机械物理两方面的能力。这使工程师可以依照来自机械域和热域两方面的负载来认识一个结构是如何进行运转的。

结构-热应用的示例:

  • 引擎歧管

  • 电路构件

  • 飞机引擎构件

  • 卫星/宇宙飞船

  • 建筑/采矿设备

ElectroFlo 来自 TES,是一个电子冷却包,专为高功率密度应用设计。它是一款热分析软件,结合耦合热/电子分析能力与易用的面向对象图形用户界面。

OptiStruct 和 JMAG - 该耦合使工程师可以研究电磁对于系统结构和热行为的影响。将来自 JMAG 的电磁力和电磁损耗转化到 OptiStruct,可以对电气设备中的振动噪声进行分析并最小化。

TAITherm 来自 ThermoAnalytics 公司,是针对稳态和瞬态传热条件进行综合 CAE 分析的一种热仿真工具。TAITherm 对于辐射、传导和对流有完整的温度分布和热耗率。

ThermoFlo 来自 TES,是一个热和流体流量分析的软件包,使用一维系统建模方法,使用户不必创建整个三维模型,使用基于构件的方法即可。

流体动力学和热仿真

流体动力学和热仿真涉及同时计算流体流量和流体温度。许多工程问题要求掌握给定时间段内流量和温度是如何变化的。Altair AcuSolve CFD 求解器使工程师可以同时了解流体流量和温度表现。

AcuSolve 和JMAG - JMAG 和 AcuSolve 接口接收来自 JAMG 的电磁损失,并在 AcuSolve中将其绘制为热源,并随后进行温度/流量分析。

AcuSolve 和  TAITherm - TAITherm 与 AcuSolve 进行结合,可以依据人体的舒适度而非空气温度对高级车的车厢进行设计。

CFD-热应用的示例:

  • 电子电路热管理

  • HVAC(暖通空调)系统

  • 引擎冷却

  • 照明热管理

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