仿真定制開(kāi)發(fā)--典型案例分享系列--【案例三】

2016-11-07  by:CAE仿真在線(xiàn)  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

在通用軟件的基礎(chǔ)上,通過(guò)客戶(hù)化定制開(kāi)發(fā)的方式,固化仿真流程、規(guī)范仿真應(yīng)用過(guò)程、構(gòu)建向?qū)Щ姆抡娣治瞿０?、封裝企業(yè)仿真分析指南及規(guī)范、定制仿真分析報(bào)告,最終形成面向特定行業(yè)、工業(yè)品及專(zhuān)業(yè)方向的仿真應(yīng)用專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)和平臺(tái),一方面使得企業(yè)仿真知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的顯性化、軟件化,另外一方面使得客戶(hù)的仿真應(yīng)用更快、更準(zhǔn)。

我們可以在以下方向?yàn)榭蛻?hù)提供開(kāi)發(fā)定制服務(wù):

【案例一】電子設(shè)備虛擬環(huán)境試驗(yàn)分析計(jì)算系統(tǒng)

根據(jù)《GJB150-軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》中關(guān)于振動(dòng)試驗(yàn)、加速度試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)的要求,在ANSYS軟件環(huán)境中開(kāi)發(fā)形成電子設(shè)備虛擬環(huán)境試驗(yàn)分析計(jì)算系統(tǒng)。系統(tǒng)以導(dǎo)航模板的方式將試驗(yàn)對(duì)象的幾何模型處理、材料定義、網(wǎng)格劃分、試驗(yàn)工況定義、求解計(jì)算、結(jié)果分析及報(bào)告生成整個(gè)仿真分析過(guò)程進(jìn)行了封裝,開(kāi)發(fā)并集成了面向電子產(chǎn)品仿真分析的仿真材料庫(kù)、試驗(yàn)工況庫(kù)、螺栓型號(hào)庫(kù)等多個(gè)工程數(shù)據(jù)庫(kù),從而使得即使不熟悉仿真計(jì)算的設(shè)計(jì)人員也能快速準(zhǔn)確地完成設(shè)計(jì)的分析與校核,并通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)。

  圖1 自動(dòng)創(chuàng)建分析流程

 圖2計(jì)算設(shè)置界面

“電子產(chǎn)品振動(dòng)仿真產(chǎn)品包”軟件已在多家航天及中電集團(tuán)下屬的電子產(chǎn)品研究所及企業(yè)應(yīng)用,實(shí)際應(yīng)用效果表明,基于該軟件可以快速建立工況仿真流程,并完成仿真分析計(jì)算,封裝行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和工程算法,集成企業(yè)材料庫(kù),統(tǒng)一管理仿真數(shù)據(jù),提高了整個(gè)仿真工作的效率和專(zhuān)業(yè)性,并使企業(yè)仿真知識(shí)得以標(biāo)準(zhǔn)化、積累和重用。

 

【案例二】?jī)?nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件仿真計(jì)算系統(tǒng)

內(nèi)燃機(jī)零部件的仿真十分復(fù)雜,涉及多個(gè)學(xué)科和仿真工具。但是個(gè)學(xué)科之間信息交互困難,系統(tǒng)及應(yīng)用集成性差,各設(shè)計(jì)、仿真軟件分散、軟件效能不能充分發(fā)揮。仿真流程不規(guī)范,缺乏對(duì)多學(xué)科耦合分析流程的梳理、定制模板等分析流程的管理手段。

構(gòu)建內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件仿真計(jì)算系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)零部件的快速仿真。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵部件多場(chǎng)耦合分析的特點(diǎn),開(kāi)發(fā)了分析流程向?qū)?并對(duì)相關(guān)分析軟件進(jìn)行了封裝和集成。在此框架基礎(chǔ)上定制多學(xué)科耦合仿真分析流程模板,開(kāi)發(fā)工具間的數(shù)據(jù)接口,實(shí)現(xiàn)仿真流程執(zhí)行過(guò)程中自動(dòng)數(shù)據(jù)傳遞。

根據(jù)內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件的分析內(nèi)容,集成和封裝了UG、GT power、StarCD、CCM+、HyperMesh、ANSA、ABAQUS、ANSYS、Adams、FE Safe、Virtual Engine、FEMFAT以及企業(yè)自編程序等,形成了面向七大類(lèi)分析的多個(gè)具體的分析向?qū)Ш湍０?支持從前處理、求解參數(shù)到后處理的完整定義過(guò)程,實(shí)現(xiàn)從單場(chǎng)到多場(chǎng)、從一維到三維、從流體到結(jié)構(gòu)的求解計(jì)算,規(guī)范了內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件的復(fù)雜仿真分析過(guò)程,使得用戶(hù)能夠方便地進(jìn)行內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵部件的單場(chǎng)計(jì)算或多場(chǎng)耦合仿真,并根據(jù)要求自動(dòng)輸出分析報(bào)告。

圖1實(shí)施內(nèi)容

圖2系統(tǒng)界面

該系統(tǒng)的價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)將內(nèi)燃機(jī)關(guān)鍵零部件的仿真分析過(guò)程進(jìn)行了封裝,實(shí)現(xiàn)了各零部件仿真分析過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化和經(jīng)驗(yàn)化,為仿真工程師完成零部件仿真提供思路并規(guī)范仿真過(guò)程。

(2)規(guī)范了柴油機(jī)關(guān)鍵零部件的仿真分析過(guò)程,形成了專(zhuān)業(yè)的計(jì)算模板,實(shí)現(xiàn)了通用程序的(如ANSYS Workbench\ABAQUS)工程化和專(zhuān)業(yè)化,并降低了軟件的使用難度。

(3)形成了內(nèi)燃機(jī)零部件的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)程,如封裝了仿真過(guò)程中典型工程計(jì)算方法(螺栓疲勞分析、屈曲分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析),構(gòu)建了材料庫(kù)、螺栓模型庫(kù)、專(zhuān)業(yè)知識(shí)庫(kù)等,實(shí)現(xiàn)了知識(shí)與仿真過(guò)程的緊密結(jié)合。

(4)通過(guò)內(nèi)燃機(jī)仿真分析流程的定義,使各專(zhuān)業(yè)室的仿真分析更加高效和有序化,并且實(shí)現(xiàn)了仿真分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)的可追溯性。

(5)形成統(tǒng)一的內(nèi)燃機(jī)有限元分析集成應(yīng)用環(huán)境,協(xié)調(diào)產(chǎn)品仿真過(guò)程中數(shù)據(jù)流與工具,解決了各種CAX工具間數(shù)據(jù)異構(gòu)和協(xié)同問(wèn)題。

(6)將復(fù)雜、繁瑣、重復(fù)、細(xì)節(jié)分析流程及分析經(jīng)驗(yàn)封裝到仿真分析系統(tǒng)中,從而將仿真工程師從重復(fù)性勞動(dòng)中解脫出來(lái),提高了仿真工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。

【案例三】加氫反應(yīng)器蠕變疲勞分析計(jì)算系統(tǒng)

加氫反應(yīng)器是煉油行業(yè)中加氫裝置的關(guān)鍵設(shè)備,操作條件十分苛刻。加氫反應(yīng)器的高溫部件長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí),除了要承受蠕變引起的破壞之外,還要承受由于工況變化所引起的疲勞破壞,其壽命損耗是在蠕變-疲勞交互作用下的損傷累積過(guò)程。因此,在高溫強(qiáng)度研究中,了解蠕變-疲勞交互作用對(duì)高溫構(gòu)件損傷的影響并評(píng)估這種耦合效應(yīng)引起的破壞,對(duì)于壓力容器的高溫強(qiáng)度設(shè)計(jì)和安全評(píng)估來(lái)說(shuō)有著重要的意義。目前針對(duì)蠕變-疲勞耦合壽命的預(yù)測(cè)方法較多,其中Omega方法在評(píng)定蠕變壽命評(píng)估方面更具優(yōu)越性。因此,本系統(tǒng)以ASME規(guī)范codecase 2605-1為基礎(chǔ),在ANSYS環(huán)境中開(kāi)發(fā)Omega材料蠕變模型,并針對(duì)加氫反應(yīng)器的關(guān)鍵部位,進(jìn)行模型的全參數(shù)化建模,然后按照規(guī)范的要求及步驟開(kāi)展蠕變疲勞分析,最終形成加氫反應(yīng)器蠕變疲勞分析計(jì)算系統(tǒng)。

圖1 功能框架

 該系統(tǒng)的價(jià)值主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)蠕變疲勞算法開(kāi)發(fā):在ANSYS環(huán)境開(kāi)發(fā)Omega蠕變模型;

(2)參數(shù)化模型建立:對(duì)加氫反應(yīng)器中的關(guān)鍵位置進(jìn)行全參數(shù)化模型建立,包括:①頂封頭及開(kāi)口;②側(cè)壁冷氫口;③裙座、底封頭及開(kāi)口;④側(cè)壁45度斜開(kāi)口;

 (3)材料庫(kù)及材料屬性定義:根據(jù)計(jì)算對(duì)象的部位,從材料庫(kù)中選擇不同的材料模型,完成材料屬性的定義;

(4) 網(wǎng)格尺寸及網(wǎng)格劃分:設(shè)定計(jì)算對(duì)象的網(wǎng)格控制參數(shù),并根據(jù)所計(jì)算的內(nèi)容自動(dòng)選擇相應(yīng)的單元類(lèi)型,完成模型的網(wǎng)格劃分;所有模型均可實(shí)現(xiàn)全六面體網(wǎng)格;

(5) Option1的計(jì)算及評(píng)估:根據(jù)規(guī)范對(duì)Option1的定義,設(shè)定熱分析及應(yīng)力分析的載荷邊界條件,進(jìn)行溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算,并基于提取的結(jié)果進(jìn)行Option1的安定性評(píng)估;

(6)Option2的計(jì)算及評(píng)估:如果需要進(jìn)行Option2
的計(jì)算與評(píng)估,則設(shè)定熱分析及應(yīng)力分析的載荷邊界條件,進(jìn)行溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算,并基于提取的結(jié)果進(jìn)行Option2的安定性評(píng)估;

(7)蠕變壽命計(jì)算:支持不計(jì)疲勞損傷的蠕變壽命計(jì)算以及考慮疲勞損傷的蠕變壽命計(jì)算,其中后者需要根據(jù)前面是基于Option1還是Option2而選擇不同的計(jì)算公式進(jìn)行蠕變壽命的計(jì)算。

(8) 計(jì)算報(bào)告:自動(dòng)生成仿真計(jì)算報(bào)告

【案例四】大型LNG儲(chǔ)罐全三維快速建模與仿真計(jì)算系統(tǒng)

LNG儲(chǔ)罐是液化天然氣接收站和工廠的最重要設(shè)備之一,在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型過(guò)程中,LNG儲(chǔ)罐的國(guó)產(chǎn)化和設(shè)計(jì)建造技術(shù)能力的提升至關(guān)重要,而基于CAE技術(shù)的數(shù)值仿真技術(shù)是對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行校核計(jì)算不可或缺的重要手段。安世中德針對(duì)大型LNG儲(chǔ)罐,尤其是復(fù)雜超大容積LNG全容儲(chǔ)罐,基于ANSYS平臺(tái)開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的LNG儲(chǔ)罐全三維建模與仿真分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了LNG全容儲(chǔ)罐快速精確建模、高效計(jì)算與結(jié)果校核。

圖1功能結(jié)構(gòu)

圖2系統(tǒng)界面

 

LNG儲(chǔ)罐仿真分析系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在:

(1)全三維整體建模。模型可包括內(nèi)外罐以及鋼筋、液體、保冷層、穹頂、吊頂、樁基礎(chǔ)以及其他附屬結(jié)構(gòu),可考慮樁土相互作用以及各部分結(jié)構(gòu)之間的直接耦合作用。

(2)全參數(shù)化自動(dòng)建模?；谀０宓慕Y(jié)構(gòu)參數(shù)和計(jì)算參數(shù)描述以及(可交互)全自動(dòng)建模。

(3)面向設(shè)計(jì)需求、基于規(guī)范的載荷工況定義與工況計(jì)算?？煽紤]溫度場(chǎng)、預(yù)應(yīng)力、恒載、活載、風(fēng)載、雪載、LNG液壓、設(shè)計(jì)正負(fù)壓、氣壓試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)、泄露、地震、爆炸、沖擊、火災(zāi)等各種工況,進(jìn)行靜力、動(dòng)力、穩(wěn)定性計(jì)算,并按照規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行SLS(適用性極限狀態(tài))及ULS(最終極限狀態(tài))荷載組合與評(píng)估。

(4)面向設(shè)計(jì)需求的結(jié)果呈現(xiàn)與校核。包括液面晃動(dòng)、混凝土與鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力(彎矩、剪力、軸力)與應(yīng)力、穹頂屈曲載荷、裂縫寬度、結(jié)構(gòu)變形、基礎(chǔ)沉降等,可按照?qǐng)D片、曲線(xiàn)、動(dòng)畫(huà)、數(shù)據(jù)等形式輸出計(jì)算結(jié)果,并自動(dòng)生成計(jì)算報(bào)告。

(5)非線(xiàn)性校核計(jì)算。抗外物沖擊、儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)失效與斷裂破壞分析,基礎(chǔ)極限承載力分析等。

(6)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)?；谌珔?shù)化模型與力學(xué)計(jì)算實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【案例五】芯片封裝翹曲云計(jì)算應(yīng)用系統(tǒng)

電子器件的封裝技術(shù)是制約集成電路發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。封裝中各材料(基底、粘結(jié)層、芯片及封裝材料)的幾何尺寸、材料性能的差異引起的翹曲問(wèn)題嚴(yán)重影響芯片的可靠性、焊接性能和成品率。翹曲仿真分析在電子器件的設(shè)計(jì)過(guò)程中起到了非常重要的作用,而由于仿真問(wèn)題和仿真工具的復(fù)雜性,很多設(shè)計(jì)人員沒(méi)有能力和精力進(jìn)行仿真分析工作。同時(shí)仿真工況較多,大量的仿真數(shù)據(jù)分?jǐn)?shù)分散于個(gè)人手中,缺乏有效的管理。

針對(duì)這些問(wèn)題,開(kāi)發(fā)芯片封裝翹曲云計(jì)算系統(tǒng),設(shè)計(jì)人員通過(guò)WEB瀏覽器就可以直接訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng),利用系統(tǒng)提供的向?qū)浇缑嬷恍枰?jiǎn)單的選擇模型結(jié)構(gòu)類(lèi)型、輸入模型參數(shù),系統(tǒng)即可立即生成用戶(hù)定義的模型圖片,如果建模合理設(shè)計(jì)人員將計(jì)算任務(wù)提交給仿真人員后就可以等待仿真報(bào)告的生成。仿真人員審查任務(wù)通過(guò)后,將任務(wù)提交給仿真應(yīng)用計(jì)算服務(wù)器,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)定義的模型參數(shù)自動(dòng)完成建模、網(wǎng)格劃分、邊界條件施加、翹曲分析計(jì)算、報(bào)告生成等,完成后郵件自動(dòng)提醒用戶(hù)計(jì)算完成,從而可見(jiàn)系統(tǒng)大幅提高了仿真的工作效率和軟件的易用性。同時(shí)系統(tǒng)提供材料庫(kù)和仿真計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)了仿真數(shù)據(jù)的保護(hù)和共享。

圖1 系統(tǒng)計(jì)算邏輯圖

芯片封裝翹曲云計(jì)算應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

(1)基于Web的應(yīng)用模式,無(wú)需安裝,使用方便;

(2)用戶(hù)通過(guò)Web網(wǎng)頁(yè)利用參數(shù)化快速建模向?qū)Фx芯片封裝模型,提交計(jì)算任務(wù),并且計(jì)算通過(guò)ANSYS Workbench后臺(tái)批處理自動(dòng)完成,快速獲取計(jì)算結(jié)果,大大降低了使用難度;

(3)用戶(hù)客戶(hù)端不需要安裝ANSYSWorkbench軟件,不用掌握ANSYS Workbench的操作流程,不但提高了問(wèn)題處理速度,而且解放了本機(jī)的工作站,可以從事更多的前后處理問(wèn)題,極大地提高了工作效率。同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)獲取ANSYS License節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息,用戶(hù)根據(jù)此信息判斷是否提交計(jì)算,避免了由于License個(gè)數(shù)不足而引起任務(wù)提交的沖突問(wèn)題;

(4)通過(guò)梳理芯片封裝模型仿真分析流程,結(jié)合專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)及應(yīng)用需求,構(gòu)建網(wǎng)頁(yè)版專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了芯片封裝翹曲計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化與經(jīng)驗(yàn)固化;

(5)構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)化的統(tǒng)一材料數(shù)據(jù)庫(kù),提供高效的檢索、分析功能,保證了數(shù)據(jù)的有效利用;

(6)芯片封裝模型的材料庫(kù)根據(jù)模型類(lèi)型和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)管理,材料庫(kù)中屬性值如彈性模型、泊松比、熱膨脹系數(shù)采用圖表的方式體現(xiàn)隨溫度的變化規(guī)律,方便查看和研究;

(7)建立芯片封裝模型的仿真計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù),實(shí)現(xiàn)了仿真分析數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)的可追溯性,同時(shí)網(wǎng)絡(luò)化得數(shù)據(jù)傳遞檢索方式,大大減少了數(shù)據(jù)搜索傳遞的時(shí)間,提高工作效率;

(8)通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)及數(shù)據(jù)權(quán)限控制,保證不同的設(shè)計(jì)和仿真人員只能訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)的數(shù)據(jù),保障數(shù)據(jù)的安全性

(9)事件觸發(fā)(提交任務(wù)、駁回任務(wù)、任務(wù)完成等)時(shí)的郵件通知,及時(shí)地提醒用戶(hù)仿真分析的狀態(tài)。

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