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        解答最緊迫的仿真問題

        2019-12-17 來源:杭州華睿 作者:杭州華睿 閱讀:2141

        所有仿真軟件包均使用有限元方法

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        結果的精確度取決于正確的設置、網格化和求解

        有限元分析 (FEA) 軟件的開發人員通常宣傳自己的解優于競爭對手,他們試圖將競爭對手描述成“未達到正常水平”。但是,他們無法解釋這些軟件包中有許多都使用了相同的基礎數學方法:有限元方法 (FEM)。換言之,仿真結果的精確度不依賴于基礎數學方法(通常是相同的),而是更加取決于是否正確設置了問題。FEM 是一種離散數值技術,用來近似計算關于物理與工程的微分方程式邊界值問題。該模型以數學方式表示為幾何體的離散化,即將幾何體網格化并劃分為以數學方程表示的單元,將單元方程式合并到方程式系統中,然后使用矩陣代數求解這些方程式。由于大多數 FEA 解決方案(無論哪個軟件包)都基于 FEM 原理,因此它們的解將始終是現實的近似值。然而,在正確處理的情況下,此近似解已足夠接近真實值,可提供做出重要設計決策所需的精確度。簡而言之,雖然對特定幾何體、載荷和邊界條件案例存在真實、可測量的物理響應,但在FEA 中沒有完美或理想的答案,只能獲得近似值。但是,該近似值的精確度(即它與實際物理情況的接近程度),對于預測和理解設計行為以及制定明智的設計、工程和產品開發決策仍然至關重要。由于所有 FEA 軟件包都使用相同的基礎 FEM 原理,因此結果的精確度性高度依賴于通過用戶定義特定實例的邊界條件(包括約束、自由度 (DOF)、材料屬性和載荷)來對仿真問題進行初始設置的完善程度。設計人員和工程師必須準確應用載荷和邊界條件,以便盡可能接近真實答案。他們在設置仿真問題時的簡易性和直觀性起著重要作用。因此,各種 FEA 軟件包的仿真結果精確度直接取決于用戶能否輕松、正確地設置 FEA 問題,而市面上的 FEA 系統在這一點上存在巨大差異。由于具備相同的數學基礎,FEA 和仿真解決方案主要通過用于網格化、求解、前處理(設置仿真)和后處理結果的技術進行劃分。

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        驗證算例、認證和基準測試

        當不同的 FEA 軟件包生成“近似”解時,如何測量結果的精確度?在不同的 FEA 系統中運行正確設置的相同仿真問題時,我們如何知道哪個近似解最接近真實的答案?比較近似值是一個失敗的主張。確定 FEA 結果精確度的更好方法是使用已知測試數據或行業基準測試和驗證算例,將這些結果與實際結果進行比較。

        QQ圖片20191217101344.png國際工程建模、分析和仿真團體協會是工程仿真最佳做法領域的公認獨立權威機構,其更廣為人知的名稱是 NAFEMS。它的使命是為工程仿真的使用和驗證提供知識、國際合作和教育機會。作為 NAFEMS 工作的一部分,該組織會執行并發布驗證算例和基準測試,所有商業 FEA 軟件包都會以此來比較其結果的精確度。例如,SOLIDWORKS ? Simulation 軟件中的“幫助”菜單下嵌入了 100 多個 NAFEMS 驗證算例供用戶參考。NAFEMS 基準測試以及 AFNOR(法國標準化協會)執行的基準測試表明,SOLIDWORKS Simulation 的結果誤差通常不超過實際解的 1%。在評估不同 FEA 軟件包生成的結果的精確度時,請確保了解它們與 NAFEMS 和 AFNOR 等獨立組織執行的基準測試的比較情況。盡管設計人員和工程師通常認為誤差在實際解的 5% 以內的精確度就足夠好了,但視產品而定,生成的結果誤差可在實際解的1% 以內并且更加易于設置 FEA 問題的 FEA 軟件包(例如 SOLIDWORKS Simulation),將提供不遜色于(如果不是優于的話)其他仿真程序的精度水平。在評估 FEA 精確度時,除了參考 NAFEMS 等獨立基準測試以外,還應考慮該解決方案是否已獲得著名行業組織的認證。DIN - 航空航天標準委員會 (NL) 負責制定德國國家標準。它代表了德國在歐洲 (CEN) 和國際 (ISO) 級別的標準化利益,涵蓋了從材料、技術流程和機械零件到飛行機械和設備、空運和地面設備以及電子設備等領域。SOLIDWORKSSimulation 軟件已獲得 NL 認證,SIMULIA StructuralProfessional Engineer (SPE) 軟件采用 Abaqs 解算器技術,自推出以來就已獲得 NL 認證,并且因包含的技術和先進的機械分析功能而被認證為最佳NL 解算器。


        利用 SOLIDWORKS 設計、仿真、PDM、檢查和技術交流解決方案,Resemin 在其地下采礦機械與相關設備的設計、制造和裝配過程中實現了顯著的工作效率提升。

        CAD 集成和基于云的解算器的優勢

        正如我們所看到的,在測量特定 FEA 軟件包生成的結果的精確度時,更多考慮的是用戶定義仿真問題的方式,而非基礎數學方法。這就是為什么提供更易用的功能的仿真解決方案通常會生成更準確的結果。SOLIDWORKS Simulation 技術的起源可追溯到 COSMOS軟件,該軟件由 Structural Research Analysis Corp. 在20 世紀 80 年代初開發,該公司于 2001 年被DassaultSystèmes SOLIDWORKS 收購。自那時起,該軟件已完全嵌入 SOLIDWORKS CAD 設計系統中,可提供業界最佳的 CAD集成和易用性。使用 SOLIDWORKS Simulation 時,無需用到第三方轉換工具,不會出現數據損壞,也無需修復笨重的幾何數據。簡而言之,SOLIDWORKS Simulation 無需額外的前處理器,因為該 CAD 系統就是前處理器。例如,您SOLIDWORKS CAD 中定義材料屬性,并且不必再次輸入這些屬性即可運行仿真(除非您要更改材料)?!?過去使用 ANSYS 時,非線性接觸與塑性分析需要 2 天時間才能求解。而利用SOLIDWORKSSimulation Premium 軟件,我們只需要幾個小時就能求解相同類型的問題。 ”


        “SOLIDWORKS Simulation Premium 軟件可提供精確的結果,并能比我們過去使用的 ANSYS ?FEA 軟件更快地生成解,”地下鉆井機械及相關設備的頂級國際制造商 Resemin 的工程經理Fernando Díaz 解釋道,“過去使用 ANSYS 時,非線性接觸與塑性分析需要 2 天時間才能求解。而利用 SOLIDWORKS Simulation Premium 軟件,我們只需要幾個小時就能求解相同類型的問題。這為我們節省了原型之前驗證設計的大量時間?!盨IMULIA 軟件是基于云的解決方案,在達索系統 3DEXPERIENCE ? 平臺上運行。SIMULIA 利用了強大的 Abaqs 非線性材料和接觸分析技術,它是一個成熟的 FEA 品牌,以高級機械仿真而聞名。借助 SIMULIA,設計人員和工程師可以在本地桌面或云中運行仿真,從而提供一定的靈活性來幫助增強問題設置和結果精確度。設計人員和工程師無需在桌面占用太多計算資源來求解仿真,也無需投資購買更大、更昂貴的計算硬件,而是可以將更多時間用在桌面正確設置問題和確保精確度,并減少等待仿真求解的時間。

        QQ圖片20191217101356.png“由于 SIMULIA 位于云端的 3DEXPERIENCE 平臺上,并且與我們的 SOLIDWORKS 建模數據完全兼容,因此它提供了額外的優勢,”石油和天然氣行業井下產品的創新開發商 InFocusEnergy Services 的機械工程師兼仿真專家 Peter Kjellbotn 說道,“它不依賴任何硬件,無需占用我們的工作站空間,并可利用 SOLIDWORKS 數據,避免了耗時耗力的導入/導出協議,從而幫助節約了大量的時間和成本。這款解決方案還能自動在云端存儲數據,并支持協作。借助SIMULIA,我們的想象力得到釋放?!币虼?,下次有人質疑某個 FEA 軟件包的準確性或說“它未達到正常水平”時,請記住,仿真精度與仿真案例的正確設置有關,并思考對比那些添加了功能和特性以使此過程變得更加容易的系統,以及那些沒有添加這些功能的系統。


        要了解 SOLIDWORKS 產品開發的新聞并詳細了解 SOLIDWORKS 集成解決方案如何幫助您的公司充分利用集成仿真工具帶來的商機,電話聯系:400-100-9861


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