计算机虚拟仿真技术

1、第一章 计算机辅助工程M-CAEM-CAE-WUXIN1目录M-CAE-WUXIN2虚拟仿真计算机辅助工程：背景、相关领域和典型应用案例计算机辅助工程：产品体系与主流供应商计算机辅助工程：有限元仿真技术计算机辅助工程：多体动力学典型案例展示1虚拟仿真：从现实走向虚拟，然后虚拟融合现实虚拟仿真虚拟仿真：对于物理世界数字/文学再现小说小说/电影：电影：通过虚构故事或场景，分析社会现象内在规律。物理仿真：物理仿真：是对系统机理建模的基础上，预测系统特定性能。虚拟仿真的逻辑：世界世界是是可以再可以再现现并且并且正正确预测确预测的的，并，并超超越现实越现实。M-CAE-WUXIN3CAE(Compute

2、r Aided Engineering）计算机辅助工程：借助计算机技术（数值分析工具）求解工程问题的学问，包括但不限于数字孪生、MBSE、流体、结构、电磁、第一性原理等。M-CAE是针对机械系统，用计算机辅助求解复杂工程问题的一种近似 数值分析方法。处理问题：如产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动 力响应、热传导、多体接触、弹塑性等。2 计算机辅助工程：工程中的虚拟仿真技术M-CAE-WUXIN4智能系统发展是计算机辅助工程技术的天然应用领域计算机辅助工程：智能系统是仿真技术新战场M-CAE-WUXIN5系统+仿真+测试；仿真原理创新；云仿真支持多地协同；流程加速2计算机辅助工程：仿真支撑系统创

3、新M-CAE-WUXIN6工业互联网下的数字化设计仿真技术计算机辅助工程（广义） ：系统蓝图1M-CAE-WUXIN7数字工厂计算机辅助工程（广义）：系统蓝图2M-CAE-WUXIN8数字孪生：利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学 科、多物理量、多尺度、多概率的仿真。计算机辅助工程：数字孪生（Digital Twin）M-CAE-WUXIN9MBSE：Model based system Engineering计算机辅助工程：MBSE-跨领域应用M-CAE-WUXIN10工业互联网拓宽仿真技术使用范围、强化仿真能力计算机辅助工程：云端技术加速创新M-CAE-WUXIN11多领域协

4、同仿真：结构+流体+控制+系统计算机辅助工程：多领域仿真加速产品创新M-CAE-WUXIN12M-CAE市场规模持续增大，增速强劲。PLM技术突出技术服务能力，同时也是软件快速定制技术发展的动力。仿真技术：MCAE市场持续扩大-CIMdata2018M-CAE-WUXIN13仿真驱动船舶设计：设计成为价值链核心M-CAE-WUXIN14场景模型、控制系统仿真、高性能计算仿真驱动自动驾驶快速发展M-CAE-WUXIN15飞机流固耦合、声音品质、噪声定位、风洞测试、舒适性仿真技术支持飞机性能优化M-CAE-WUXIN16典型供应商：西门子、达索、Ansys、Altair等结构有限元：Ansys，A

5、baqus，Nastran，Lsdyna，Radios流体：Fluent，CFX，CCMStar；多体：Adams，Recdyn3 计算机辅助工程：产品体系与主流供应商7/11M-CAE-WUXIN2020/17PLM市场AE-WUXIN18市场分析PLM软件与服务PLM市场占有率PLM主流供应商仿真技术主流供应商M-C1 西门子和达索，PLM整体供应商，具有CAD/CAE/CAM/PDM/Cloud整体解 决方案。以后市场上两大巨头。西门子具有更大规模和产品链优势，软 件、硬件、系统、行业的整体优势。以后大行业的老大。2 Ansys：CAE领域最大供应商，具有一流的非线性（ANYS）、流体（

6、FLUENT）和冲击动力学（LSDYNA）产品，最全面的多场融合方案。3 Siemens：最好的线性解算器Nastran，前二的流体解决方案（STAR-CCM+），一维仿真和仿真测试协同LMS。电子设计Mentor。4 Dassault：最好的非线性解算器ABAQUS。5 Altair：最好的前处理软件Hypermesh。一流的优化：HYPERSTUDY。6 MSC：曾经最好的仿真软件（Nastran），一流的多体：ADAMS。M-CAE-WUXIN19关于典型供应商和产品的认知：（个人观点）1 整体方案的融合CAD-CAE融合；达索与西门子设计-仿真-测试的一体化方案；西门子全流程仿真技术融

7、合。结构仿真、成形过程仿真、加工工艺仿真等融合带来各大厂商的软件并购；2 软件专业性、稳健性和定制性的融合；Ansys3 新型仿真技术和方法逐步确立地位：粒子分析、Simsold等、无人驾 驶相关细分领域。4 仿真技术的大规模应用、人工智能融合等方面。M-CAE-WUXIN20MCAE技术发展趋势有限元法（FEA，Finite Element Analysis）诞生与1943年，随计算机 技术与数值计算方法的发展，成为求解连续介质和场的重要手段。核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元 组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散单元体进行分析，得出 满足工程精度的近似结果来替

8、代对实际结构的分析，从而解决理论分 析无法解决的、复杂的、实际工程问题。FEM软件： Nastran、Abaqus、Adina、Ansys、Algor、Fepg等等软软件件2020/7/11M-CAE-WUXIN214 MCAE：有限元仿真技术ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件。融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用软件。ANSYS功能强大，操作简单方便，现在已成为国际最流行的有限元分析软件（之一），在历年的FEA评比中都名列第一。典型产品：ANSYS Mechanical。2020/7/11M-CAE-WUXIN22MCAE：有限元软件：An

9、sysABAQUS 是一套功能强大的工程模拟的有限元软件，其解决问题的范 围从相对简单的线性分析到许多复杂的非线性问题。ABAQUS 包括丰富的、可模拟任意几何形状的单元库。拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能，其中包 括金属、橡胶、高分子材料、复合材料、钢筋混凝土、可压缩超弹性 泡沫材料以及土壤和岩石等地质材料；ABAQUS ：结构（应力 / 位移、热传导、质量扩散、热电耦合、声学、 岩土力学（流体渗透 / 应力耦合）及压电介质。MCAE：有限元软件：AbaqusM-CAE-WUXIN23Nastran是1966年美国国家航空航天局(NASA)为了满足当时航空航天工 业对结构

10、分析的迫切需求主持开发大型应用有限元程序。Nastran 是汽车和航天领域线性解算器的默认解算器。NX Nastran、MSC Nastran、Inventor Nastran等多家Nastran并存。M-CAE-WUXIN24MCAE：有限元软件：NastranMCAE：有限元软件 Altair：仿真驱动设计：赵州桥Altair是仿真技术的整体解决方案供应商。其中著名 的是Hypermesh、HyperStudy和HWU销售方式。产品线整合和软件升级M-CAE-WUXIN255 MCAE：多体动力学多体系统动力学是研究多体系统（一般由若干个柔性和刚性物体相互 连接所组成）运动规律的科学。多体

11、系统动力学包括多刚体系统动力 学和多柔体系统动力学。多体动力学基于分析力学理论，求解模型的运动学、动力学性能。基本原理：建立结构及机构连接， 计算结构坐标及速度。M-CAE-WUXIN26ADAMS，即机械系统动力学自动分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems ），该软件是美国机械动力公司（Mechanical Dynamics Inc.）现已并入美国MSC 公司，开发的虚拟样机分析软件。特点：No.1的多体动力学解决方案。5 MCAE：多体动力学：AdamsM-CAE-WUXIN27Samcef软件系西门子的软件产品，起源于比利时samtech公司，2013 年LMS公司加入到西门子，成为西门子PLM旗下的一个仿真与测试业 务部门Samcef系列软件是世界上广泛使用的有限元分析软件，samcef包括通 用有限元分析软件和专业软件，如专业转子动力分析软件包，风力发 电结构分析软件包，机床结构分析软件包，线缆静动力分析软件包， 其中samcef rotor软件包是目前世界上唯一的单轴或多轴转子动力学大 型