超算有限元分析系統(tǒng)SciFEA—機械行業(yè)應用解決方案

1、行業(yè)計算模擬現(xiàn)狀

機械是一門古老而又嶄新的學科領域。計算模擬已經(jīng)深入到機械裝備與制造的眾多環(huán)節(jié)，很多方向數(shù)值模擬已替代了原型實驗，從而節(jié)約了大量的時間和開發(fā)成本。現(xiàn)代機械裝備與制造對數(shù)值模擬的要求體現(xiàn)在如下幾個方面：對分析的精度要求越來越高；需要分析的對象越來越龐大和復雜（系統(tǒng)級分析）；對多物理場耦合分析例如流固耦合分析、熱固耦合分析、電磁固體耦合分析的需求越來越多。

2:超算解決方案

SciFEA軟件提供的固體彈性、彈塑性、粘彈性模塊、熱固耦合模型、結構單元（桿、梁、板、殼）、彈簧單元、傳熱模塊（穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)）、點對單元、接觸模塊等，可以直接滿足機械行業(yè)結構強度計算、剛度計算、熱分析、熱應力分析、模態(tài)分析等。

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(jù)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、電磁計算模塊集成在統(tǒng)一的計算環(huán)境中進行。

機械行業(yè)經(jīng)常需要的疲勞、裂紋擴展、結構優(yōu)化等方面的分析內容。超算科技可以為用戶集成專門化的計算模塊。

SciFEA機械行業(yè)多物理場解決方案

針對用戶分析精度的要求，超算科技提供用戶定制化的并行計算模塊開發(fā)和并行計算咨詢服務。并行計算可以根據(jù)用戶預算的情況提供基于機群的MPI并行和基于GPU的眾核并行兩種解決方案。

3、用案例

壓力容器熱固耦合分析

天津科技大學機械學院為分析紙漿干燥用壓力容器熱變形和應力分布情況采用北京超算科技有限公司自主研發(fā)的有限元分析系統(tǒng)—SciFEA有限元分析軟件分別進行了二維、三維數(shù)值模擬計算。采用應用單位提出的壓力容器新的幾何構型，分析過程按照紙漿干燥工藝系統(tǒng)的考慮了不同工況下壓力容器的熱變形和應力分布。

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(huán)向應力分布云圖

三維有限元計算分網(wǎng)圖VS總位移云圖
 

船舶組合結構變形應力分析

某船舶制造企業(yè)為分析結構的變形、應力和穩(wěn)定性，需要考慮各種對稱結構、非對稱結構、以及各種結構的組合。超算科技采用SciFEA軟件對其中的結構進行了計算模擬，經(jīng)甲方驗證，計算結果和國外大型有限元軟件變形應力結果幾乎一致。

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

計算已經(jīng)深入到機械工程方方面面，但現(xiàn)代科技對計算提出了更多的要求。比如微機電系統(tǒng)、仿生機械系統(tǒng)、微納加工技術等。這些科技方向的發(fā)展不斷要求我們提供更精細的計算手段，能從多物理場緊密耦合的角度進行計算分析，能考慮多個子系統(tǒng)的共同作用，能考慮物理場的強非線性特征等。超算科技將攜手廣大科技工作者、工程師面向機械加工與模擬共同開發(fā)復雜工程的數(shù)值模擬系統(tǒng)。