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现代CAE浴火重生
发表时间:2006-11-23 田锋   来源:安世亚太
关键字:CAE 流体力学 非线性分析 多场耦力 
大多数技术的增进是对已有技术的改进。倘若旧技术已无法再提升,就必须打破旧思维,设法以新的架构取而代之!这样的事情在现代CAE界正在发生!

    大多数技术的增进是对已有技术的改进。倘若旧技术已无法再提升,就必须打破旧思维,设法以新的架构取而代之!这样的事情在现代CAE界正在发生!

    经典CAE软件为了维持兼容性,不得不长期拖着沉重的包袱。虽然占有了市场,但应变能力下降,无法满足用户不断变化的需求,犹如古老的战车,权威但不善战。而今,无论是非线性、动力学、流体、电磁还是优化,各个领域新型的CAE技术不断挑战着经典。整个CAE行业仿佛在经历着一场浴火重生的变革,让现代CAE世界生机盎然。如果我们注意观察目前活跃在市场的几款CAE软件,将会真正领略这一变革的精彩。

    1. 柔体结构计算软件

    对浴火重生最具发言权的软件应属以非线性和多场耦合技术著称的ANSYS软件。

    其实ANSYS是一款具有悠久历史的CAE软件,产生于1970年,距现在有36年的历史。但这个程序有过一段奇特经历:在上个世纪末,ANSYS近三年没有推出新版本,直到她的用户几乎失去耐心。其实这三年中,ANSYS经历了一场涅磐:她的创始人John Swanson博士领导他的团队花费三年的时间,利用最新编程技术重新编写了程序架构,让经典的ANSYS借助现代IT技术的活力而蜕变成一款全新软件。Workbench的推出向她的忠实用户证明,他们没有白等三年。ANSYS用她一系列卓越的新技术向耐心的用户给予了回报:CAD模型双向参数互动、装配关系智能判断、接触单元自动建立、独特变分技术、深厚的非线性技术、先进的多场耦合技术、高性能计算的率先突破1亿自由度、并购程序的快速融合……太多的领先技术折射出ANSYS的年轻和健康,重新建立的程序架构为ANSYS带来了许多机会!终于在本世纪初跃居为世界第一大CAE软件提供商。

    2. 刚体动力学计算软件

    与传统的刚体动力学软件相比,RecurDYN轻车快马,风华正茂,极具战斗力。

    RecurDYN由韩国FunctionBay公司1997年推出第一个版本,2002年进入中国。相对于70年代产生的机构动力学软件晚了近20年。但递归算法在上世纪80年代的快速发展成就了RecurDYN的与众不同。即使是对传统刚体动力学软件充满感情的用户,也不得不感叹于这个新型软件的过人之处。

    当RecurDyn的开发者创新性地采用局部坐标系来描述机构部件的时候,发现递归算法在机构动力学计算中的奇特价值。在局部坐标系中,描述每个部件的方程非常简单。以一个平面问题为例,经典软件采用的全局坐标系需要三元二次方程组描述一个部件,在RecurDYN则只需要一个一元二次方程即可。而且每个部件的描述形式完全相同,可以通过递归算法求解。研究这个程序时,我不得不感叹:最有价值的创新方案往往是最简单的那个!RecurDYN把局部坐标系和递归算法相结合,大大减小了求解问题的规模,求解速度更快,稳定性更高。在求解大规模、高速和病态问题方面的性能大大超过了其他同类软件。

    另外,RecurDYN在处理柔体的能力方面也强于对手。其他软件在处理柔体的时候需要在第三方柔体软件中先进行模态分析。而RecurDYN只需要网格模型,柔体的计算可在本地直接进行,并不需要第三方柔体软件的参与。

    快速接触算法是RecurDNY的另一大特色。传统软件在大型接触问题面前几乎束手无策。即使形式上提供了接触定义功能,但求解器是忠实的,求解速度之慢,几乎无人能有兴趣等待结果。而RecurDYN的求解速度是同类程序的几十甚至上百倍。
 
    3. 流体动力学软件

    在计算流体动力学(CFD)领域寻找第二代领导者时,年富力强的CFX软件进入我的视线。

    CFX软件产生于上世纪90年代后期,比第一代CFD软件新了15年左右,目前只有10年历史。而最近10年却正是世界CFD技术进展最快的10年。因此,采用第二代CFD技术的CFX占尽了优势。由于采用现代编程技术的新型架构,CFX在吸纳最新CFD技术的时候没有任何障碍,而第一代CFD软件在这时候就显得负担沉重。在计算精度、收敛速度和稳定性等方面,CFX均有突出的表现。大量测试显示,CFX的收敛速度比第一代CFD程序快一到两个数量级。在2003年的AIAA会议上,组织者利用多个CFD软件,对DLR-F6翼身组合体和DLR-F6翼身发动机挂架组合体的一系列攻角状态下的气动阻力、升力、俯仰力矩进行了计算,CFX表现出的计算准确度优于当时参与测试的任何一款CFD软件,显示出第二代CFD技术的优势。

 

 
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责任编辑:陈沁