超算有限元分析系統SciFEA—機械行業應用解決方案

1、行業計算模擬現狀

機械(xie)是一門古老而又嶄(zhan)新的(de)學科領域(yu)。計算(suan)模擬(ni)已經深(shen)入到(dao)機械(xie)裝備與(yu)制造的(de)眾(zhong)多環節，很多方(fang)向(xiang)數值模擬(ni)已替代(dai)了(le)原型實驗，從而節約了(le)大(da)量(liang)的(de)時(shi)間和(he)開發(fa)成本。現(xian)代(dai)機械(xie)裝備與(yu)制造對(dui)數值模擬(ni)的(de)要求體(ti)現(xian)在如下幾(ji)個(ge)方(fang)面：對(dui)分(fen)(fen)析的(de)精度要求越(yue)來越(yue)高(gao)；需(xu)要分(fen)(fen)析的(de)對(dui)象越(yue)來越(yue)龐大(da)和(he)復雜（系統級分(fen)(fen)析）；對(dui)多物理場(chang)耦合(he)(he)分(fen)(fen)析例如流固耦合(he)(he)分(fen)(fen)析、熱固耦合(he)(he)分(fen)(fen)析、電磁固體(ti)耦合(he)(he)分(fen)(fen)析的(de)需(xu)求越(yue)來越(yue)多。

2:超算解決方案

SciFEA軟件提供的固(gu)體彈性、彈塑性、粘彈性模塊(kuai)、熱(re)(re)固(gu)耦合模型、結構單(dan)元（桿(gan)、梁(liang)、板、殼）、彈簧(huang)單(dan)元、傳熱(re)(re)模塊(kuai)（穩態(tai)、瞬態(tai)）、點對單(dan)元、接(jie)觸模塊(kuai)等，可以(yi)直接(jie)滿足機械行業結構強度計算、剛度計算、熱(re)(re)分析(xi)、熱(re)(re)應力分析(xi)、模態(tai)分析(xi)等。

針對流固耦合計算、電磁固體耦合分析等多物理場耦合問題。超算科技可以為根據用戶需要的耦合進行計算軟件定制分析，可以將固體計算模塊、結構計算模塊、流體計算模塊、電磁計算模塊(kuai)集成在統一(yi)的計算環境中進行(xing)。

機(ji)械行業經常需要(yao)的疲勞、裂紋(wen)擴展、結構優化(hua)等方面的分析內容。超算科技可以(yi)為用(yong)戶集(ji)成專門化(hua)的計算模塊。

SciFEA機械行業多物理場解決方案

針(zhen)對用(yong)戶(hu)分析精度的(de)要求(qiu)，超算(suan)(suan)科技提供用(yong)戶(hu)定制化的(de)并(bing)(bing)行計(ji)算(suan)(suan)模(mo)塊(kuai)開發和并(bing)(bing)行計(ji)算(suan)(suan)咨詢服(fu)務。并(bing)(bing)行計(ji)算(suan)(suan)可以根(gen)據用(yong)戶(hu)預算(suan)(suan)的(de)情況提供基于機群的(de)MPI并(bing)(bing)行和基于GPU的(de)眾核并(bing)(bing)行兩種解決方案。

3、用案例

壓力容器熱固耦合分析

天津(jin)科(ke)技大學(xue)機械學(xue)院(yuan)為分(fen)析(xi)(xi)紙漿干燥用壓(ya)力容器熱變形和(he)(he)應力分(fen)布情況采(cai)用北京超算(suan)科(ke)技有限(xian)公司自主研發的(de)有限(xian)元分(fen)析(xi)(xi)系統(tong)—SciFEA有限(xian)元分(fen)析(xi)(xi)軟件(jian)分(fen)別(bie)進行了二維、三(san)維數值模擬計(ji)算(suan)。采(cai)用應用單位提出的(de)壓(ya)力容器新的(de)幾何(he)構(gou)型，分(fen)析(xi)(xi)過程(cheng)按照紙漿干燥工藝系統(tong)的(de)考慮了不同(tong)工況下壓(ya)力容器的(de)熱變形和(he)(he)應力分(fen)布。

內壓下(工況一)總位移云圖VS內壓下(工況一)軸向應力局部放大云圖

溫度邊界下(工況二)構件溫度場分布云圖VS溫度邊界下(工況二)構件環向應力分布云圖

三維有限元計算分網圖VS總位移云圖
 

船舶組合結構變形應力分析

某船舶(bo)制造企業(ye)為分析(xi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)的變形、應力和(he)穩定性，需要(yao)考(kao)慮各(ge)種對稱(cheng)結(jie)(jie)構(gou)(gou)、非對稱(cheng)結(jie)(jie)構(gou)(gou)、以及各(ge)種結(jie)(jie)構(gou)(gou)的組合。超算科技(ji)采用SciFEA軟件(jian)對其中的結(jie)(jie)構(gou)(gou)進行了(le)計(ji)算模擬，經甲方驗證，計(ji)算結(jie)(jie)果和(he)國外大型(xing)有(you)限元軟件(jian)變形應力結(jie)(jie)果幾乎一(yi)致(zhi)。

計算得到的組合結構的變形VS相交板結構變形

4、手計算開拓

計(ji)算(suan)(suan)已經深入到(dao)機(ji)械(xie)工程(cheng)方(fang)方(fang)面面，但現代科(ke)技對計(ji)算(suan)(suan)提出(chu)了更(geng)多(duo)的要求(qiu)。比如微機(ji)電系(xi)(xi)統、仿生機(ji)械(xie)系(xi)(xi)統、微納加工技術等(deng)(deng)。這些科(ke)技方(fang)向的發展不(bu)斷要求(qiu)我們提供(gong)更(geng)精(jing)細的計(ji)算(suan)(suan)手(shou)(shou)段，能(neng)從多(duo)物理場(chang)緊密耦合的角度(du)進行計(ji)算(suan)(suan)分析，能(neng)考慮多(duo)個子(zi)系(xi)(xi)統的共同(tong)作用，能(neng)考慮物理場(chang)的強非(fei)線(xian)性特(te)征等(deng)(deng)。超算(suan)(suan)科(ke)技將攜手(shou)(shou)廣大科(ke)技工作者、工程(cheng)師面向機(ji)械(xie)加工與模(mo)(mo)擬(ni)共同(tong)開發復雜工程(cheng)的數值模(mo)(mo)擬(ni)系(xi)(xi)統。