制造业仿真与测试解决方案

1、Siemens Digital Simulation and Test solution西门子仿真与测试解决方案 程Simcenter 由来及发展方向Simcenter HTE解决方案及应用案例简介Simcenter MBSESimcenter CAESimcenter 3D&NX Nastran（NX Based Simulation）Star CCM+Simcenter TestPredictive Engineering Analytics SimcenterBehavior of the Digital Twin应对预测性程分析的解决案- Simcenter PortfolioSimc

2、enterMBSE仿真方案40 多个库4,500多物理模型Simcenter 产品系列用于预测性工程分析LMS Imagine.Lab开放和定制化概念设计系统分解 &集成 多属性平衡控制策略验证行业专业库内燃机 传动 热系统车辆动力学 电气系统起落架&飞控 发动机设备 环控系统燃油系统 多电飞机泵&压缩机 电液阀流体作动系统 热交换器热泵/制冷可升级的仿真连接机械-控制模型简化 用于实时液压 气动 热 电 机械 信号流程和数据管理基于模型的系统测试共仿真制冷循环模型实例户 压缩机 (最大排量, 常系数)户 管路1 (几何数据)户 冷凝器(平行流, 几何数据)户 管路2 (几何数据) 户 毛细管

3、 (膨胀部件) 户 管路3 (几何数据) 户 蒸发器 (几何数据) 户 管路 4 (几何数据) 户 储液瓶(几何数据)户 吸入管 (带毛细管的换热器)户 管路5 (几何参数)户 冰箱(几何特性)在HAVC上的应用：CO2空调系统系统建模和仿真:气体冷却器压缩机IHX积液器Carbon Dioxide: Pressure - Enthalpy Diagram1 000CC0 0 0 00 0 0 o0 000o00 0 0 2 4 68 0 26 8420 2046 8 1 1 1 11 2 2 02 2-4=20003t0=90800g/m12 5000rr=700kr=600r= 11 00

4、 50 =1nsity=r= 500r= 11 10rDe400r= r=r=r=300/m30kg0C00 6020r=o0 0 0 7 . 009, 0. 9 8 . 1 50 0.0-.80g 2 0 2 . . 1. .4 .310 1.r = 150k . 1 - - 10 .-1/ 2 .1 1- 11J - 2- - -2-k = -1.1000-0膨胀阀3 s.7r = 100.-2-r=0r = 75ay-.6Bp,rr = 50oetrE-.50nusr = 35se0r-.4r = 25蒸发器Pe/m3kg20=isityL-.30Denngr =15nitle010M-

5、.2r = 100-.1r = 80s=r = 6o0 0 0 0Triple Point (5.18 bar, -56.558 C)C0 0 0 0 0 0 0 6 8 0 2o 0 0 2 4 6 8 0 2 4 1 1 2 221 1 10 -e4n-i Lnoit amilbu S1Enthalpy, kJ/kg-500-400-300-200-1000100200ens AG 2018YYYY-MM-DDSiemens数字双胞胎中的3D仿真解决方案NX设计分析一体化平台之仿真部分Simcenter 3DSimcenter工具组合推动预测性工程分析流程Simcenter 3D & NX

6、 Nastran（完全基于NX平台的仿真）NX CAD3D 前后处理 结构声学 运动复合材料NVH结构动力学 疲劳耐久 热流 优化 电磁1D 3D耦合分析测试-仿真 相关性多物理场线性有限元非线性有限元边界元技术多体动力学疲劳仿真热分析计算流体动力学Teamcenter SDM-仿真数据管理平台结构热流Page 9Drop，vibrate， frequency，Random， SRS SimulationThermal / Flow / Magnetics AnalysisLife Analysis在一个平台下进行多物理分析及多场耦合分析All In One结构分析、噪声产品与仿真数据管理 平

7、台开发阶段解决问题的成本1 X10 X100 X1000 X20,000+ X概念设计详细设计原型评估试产正式生产解决问题的成本,十倍规则:在概念设计阶段与详细设计阶段,解决问题的成本会增长10倍另外一个10倍关系是详细设计与原形产品/验证阶段在原型产品与产品生产阶段也是10倍成本关系在完成产品中的不可预料的问题解决成本早的产品认知有利于早期解决问题在产品开发周期中解决问题的成本提高产品的设计最佳的策略传统的仿真模式跟不是设计的节拍,Simcenter 3D可以帮你彻底将 传统的设计与仿真的模式由串行变成并行更早分析产品的行为实施“第一次就把事情做对”战略促进分析专家/设计工程师之间的协作 概

8、念/设计阶段评估更多的设计迭代定义最佳做法来评估产品的行为 减少在产品中特殊零件数量Simcenter Engineering Desktop工程桌面全球领先的CAD/CAE集成（设计以及结构、流体、机构、电磁、疲劳、优化、 复合材料分析）前后处理器Simcenter 3D工程桌面 领先技术优势数据可访问性Parasolid、Step、IGES、STL、 ProE、CATIA V4 和CATIA V5、SolidWorks、Autodesk、ANSYS、ABAQUS、Nastran、Matlab、RecurDyn、 Adams, 版本管理几何结构创建、变更和更新管理， 嵌入式知识引擎，最佳实践

9、，自 动化，验证和定制化功能强大的工具快速几何结构清理/修复、 特征 抑制/修改、拓扑结构评估/提取、CAE拓扑结构 自动化和控制智能模型生成几何结构功能是核心区别因素乒 在多CAD世界里面推动生产力乒 对设计过程效率很重要前后处理器绝对领先优势 乒 同步建模技术12D 乒 CAD模型来源无关性乒 面向分析的建模（非一致边边、边 面缝合技术）stitch edge乒 装配有限元建模 AFEM乒 自动化、智能化网格划分技术乒 自动化的模型连接关系生成乒 全图形界面功能的超单元定义领先的3D设计构建电子产品功能样机随心所欲地进行设计变更随心所欲地设计变更后仿真模型自动变更自动化流体几何建立产品外部

10、流场建立内部流场建立结果评估估结果评NX 设计和仿真一体化（Simcenter 3D） 提高过程效率，快速得到仿真结果Simcenter 3D仿真过程用于初次分析Simcenter 3Dd仿真过程用于后续的设计迭代求解载荷边 界条件载荷边界条件划分网 格划分网格创建几 何体创佳CAE拓扑信息查找结果评估创佳CAE拓扑部件设计求解划分网格查找信息创建几何体使用独立CAE工具的过程 后续的设计迭代过程需要同样的过程导出&修理设 计几何体载荷边界条件找 息查 信部件设计创建几何体导出&修理设 计几何体Simcenter 3D 前后处理器支持求解器 支持多种知名CAE求解器开放一体化平台3rd Par

11、tyABAQUSANSYSMSC NastranLS-DYNACFDSPLM in-house solversNX NastranSC ThermalSC FlowSC Electronic Systems CoolingSC Space Systems ThermalSC CorrelationSC DurabilityI-deas UNV file supportStar CCM+SamcefNX Nastran & 振动 & 运动& 疲劳 & 优 化NX Nastran 一个功能全面强大的求解器动力响应优化热分析系统级分析与超单元线性分析 应力分析气弹复合材料噪声屈曲分析基本非线性高级非

12、线性分析并行计算NX/SimcenterVirtual.lab samcefI-deas乒 广泛的求解能力 乒 开放的，公认标准 乒 不断发展TeamcenterFemap转子动力学MCAE全球标杆NX Nastran ：大规模模型求解能力高效的大型模型求解方法：线性静态力迭代法(静力)n动力分析稀疏矩阵解算器，可为所有分析类型实现更高运 算速度和最小磁盘空间占用率自动内部重排序，用于减少带宽并行和矢量处理，可实现更快的响应计算超单元RDModes内存关键设置Memory=estimate 不再是默认的Estimate 已经过时，开始考虑 现代机器架构新的默认设置:memory=.45*phy

13、sical smemory=20.0X buffpool=20.0X buffsize=32769备注：X是新的设置值是 内存的百分比。结构强度分析同 步 建 模仿真向导快速进行 多方案仿真对比结构强度分析NX NASTRAN高级非线性：集成性ADINA Advanced Non-Linear Solver应用：车顶压溃、橡胶大变形、密封、成形、非线性 屈曲, Droptest等分析与Simcenter Engineering Desktop集成NX NASTRAN标准输入、输出格式。完整的非线性功能，包括大位移、大变形、接触、材 料非线性。非线性静力学与动力学计算隐式与显式求解器。建模效率与

14、计算精度得到进一步提高。NX Nastran非线性计算TestFE ModelTransmission &Driveshaft TorsionDriveshaft TorsionTuned DamperDriveshaft Torsion Test FE ModelDriveshaft TorsionTuned DamperDriveshaft TorsionTransmission & Driveshaft Torsion基于模态法的结构动力学分析瞬态响应分析频率响应分析随机分析冲击分析、跌落仿真DDAM虚拟测试虚拟应变片、应变花虚拟运动传感器（位移速度与加速度传感器）A1PA2PA4P A

15、6PSine AccelEnvelopef1Pf2Pf4Pf6PPeak Sine Acceleration - g专门的动力响应分析工具Simcenter Response SimulationHelicopter Loads from Engine Vibrations： Use MLILo-gSFTreDqu8e1n0cyFHezquipment loading specifications函数管理器乒 Create, edit, c be used for load传感器，虚拟应变 片、应变花乒 Set of pre-defined locations for response cal

16、culation响应分析乒 Attaches RS to OP2 file乒 Define damping事件乒 Define dynamic analysis type函数工具乒 Function operators for creation, conversion, import, other processing乒 Java toolkit乒 Allows user-defined function operators激励乒 Concentrated loads乒 Distributed loads乒 DDAM loadsopy functions to ing函数数学运算(FTK)乒

17、Single math乒 Multi math乒Overall math专门的动力响应分析工具: 使得动力响应分析变得非常容易Simcenter Response SimulationSimcenter Advanced Durability集成的疲劳计算技术行业独一无二的集成疲劳计算平台基于部件的疲劳向导计算集成的系统级疲劳计算提供集成的疲劳计算，不需要离开仿真平台支持静态、准静态、动态、非线性、瞬态、 随机等计算类型基于有限元的疲劳计算寿命准则:TWI WeldBWI Weld*Dang Van safety factor*厚度修正*复合材料疲劳计算Simcenter 几何优化设计优化是为

18、了满足特定优选目标如最小重量、最小应力、最大第一阶固有频率或最小噪 声级等的综合设计过程。NX 拥有强大、高效的设计优化能力，其优化过程由设计灵敏度 分析及优化两大部分组成，可对静力、模态、屈曲、瞬态响应、频率响应、气动弹性和颤 振分析进行优化。有效的优化算法允许在大模型中存在上百个设计优化变量和响应。流体分析几何优化Simcenter Flow可支持 参数优化，找出最接近 设计目标的几何外型Simcenter Motion运动学、动力学仿真常见问题：内筒旋转过程，由于衣物偏心，会 造成外筒的晃动，经由吊杆將晃动力传递到洗 衣机外壳，造成洗衣机整体的振动。利用运动学分析计算外筒及吊杆的振动幅度

19、, 并得到吊杆支撑点的反力，即可作为整体振动 分析的参考。Simcenter Motion with DADS solver与NX Nastran 实现刚-柔耦合与AMESim及Simlink实现运动-控制联合仿真洗衣机运动学仿真分析Simcenter 仿真与试验相关性分析 仿真与试验形成闭环,相互指导和验证定量和定性的仿真与试验相互验证和校核相关性分析,对比物理试验和仿真确保仿真模型的可靠性指导试验,优化传感器的方向应变片位置优化仿真模型,更加接近真实模型电子产品散热仿真方案018YYYY-MM-DDSiemensSimcenter 空间系统热分析及CFD、热流耦合、电子系统散热分 析，广泛

20、应用于航空航天军工高科技电子汽车等工业领域对流分析关节&机构运动太阳热照热烧蚀与汽化辐射patching焦耳热流体流动分析光线跟踪融化HAVC高效的瞬态热辐射半立方发GPU视角系数计算辐射交换矩阵低温仿真多机并行计算流体网络特定介质中的折射非灰辐射热传递冷凝多层壳建模Simcenter ESC适用于各级的电子系统散热分析芯片/部件级板级系统级大规模数据 中心级SimcenterESC产品简介基于Simcenter Thermal-Flow,所开发出针对 电子散热分析需求的模组除一般热流分析功能外,还增加:风扇资料库电子元件资料库自动温控调节器致冷晶片焦耳热PCB.Exchange与ECAD的资

21、料交换FAST FORWARD YOUR ELECTRONICS DESIGN CYCLEPreliminary Mechanical LayoutDetailed PackagingNX Thermal for PCB AnalysisNX Electronic Systems Cooling for Cooling, Dust, Humidity/Condensati on AnalysisNX PCBExchange to ECADUpdated Mechanical DesignNX Nastran & NX Response Simulation for drop tests and

22、 random vibrationNX PCB Exchange from ECAD designers Updated e-DesignPCB.Exchange如何融入分析过程风扇资料库根据制造商,风扇形式,风 扇编号做编排提供风扇基本资料及压力-流量 曲线(P-Q Curve)焦耳热(电热效应)电流电压差电阻2D ECAD与3D MCAD整合PCB等效热传系数PCB热传分析可由EACD LAYOUT资料计算不同的 导线分布所造成的等效热传系数PCB热传分析准确性大幅提升高效且稳定的求解器，支持多机多核并行计算，为电子产品 设计分析一体化提供高效率高精度的求解保证TMG 热 流 求 解 器

23、使 用 源 于 NASA 的TMG 求解器，它是基 于有限元素法的有限体积CFD求 解器，其特性除了高精凖、高效 率、高可靠度外，拥有多种标准 设置供使用者判断收敛与守恒情 况。DMP功能允许多部各人计 算机串联，且免费支持八核心平 行运算，使得计算时间可大幅缩 短。多物理场耦合分析广泛的多物理场多学科耦合仿真应用举例暖通设备散热 发动机舱冷却 模具冷却油箱晃动电子产品散热 机器手运动受力 散热器散热性能 飞机热环境卫星热环境 导弹热环境地面车辆热环境地面站热环境能力热流耦合热固耦合流固耦合机构结构声固耦合耦合体，结构，运动，流疲劳联合分析Page 43多学科协同仿真实现随机振动验证仿真冲击响

24、应验证仿真多学科协同仿真实现热设计验证仿真热固耦合仿真空调仿真热流模拟散热分析风道分析振动噪声压缩机振动分析噪声分析跌落、挤压跌落分析挤压分析结构强度钣金的强度卡扣的强度运动学分析风门的运动铰链的运动疲劳管路的疲劳模具的疲劳工程师CAE 专家分析分析数字化样机3D仿真在空调的应用Page 46YYYY-MM-DD利用数字化样机仿真分析对设计好的家电产品进行分析，技术人员可以在设计过程中直观、准 确地预测零部件和整机在各种载荷下的工作状态。空调底板强度分析外壳卡扣仿真分析数字化样机3D仿真应用结构强度/刚度分析Page 47YYYY-MM-DD家电产品应用：压溃、大变形、密封、成形、非线性屈曲、

25、包装跌落等分析利用数值化样机仿真技术为跌落、碰撞研究提供 更为有效的方法，在产品的数字化设计阶段即可 实施。利用数值化样机仿真技术对空调产品的结构和包 装方案进行了全面的分析，对运输过程中产品损坏的机理进行分析，找出了产品设计及包装方案 设计中的不足之处。数字化样机3D仿真应用非线性/跌落分析Siemens PLM SoftwarPage 48YYYY-MM-DDe数字化样机3D仿真应用门开关过程中铰链止档非线性仿真技术人员可以在设计过程中直观、准确地观 察铰链的运动和受力的情况，保证铰链的有 效咬合和足够的强度。Page 49YYYY-MM-DD基于数值化样机结构动力学分析瞬态响应分析频率响

26、应分析随机分析冲击分析结构动力学分析可以预测家电产品不同系统发生共振的频率, 及时更改设计避免共振，降低结构共振而产生大的噪声。空调配管振动分析数字化样机3D仿真应用振动分析Page 50YYYY-MM-DD温度分析热应力分析IC 封装电子元器件热分析及热应力分析数字化样机3D仿真应用散热分析空调冷却仿真分析家电产品中存在大量的热分析问题，据调查，50以上的家用电子产品的失效是由于传热设计不当所导致。数字化性能样机技术可以帮助工程技术人员在计算机上真实地模拟流场分布情况，对结构进行优化，可以帮 助评估电子产品内温度场进行计算和分析，提出了优化箱内温度场均匀分布的措施。Page 52数字化样机3

27、D仿真应用空调室内机道流体仿真空调室内机道系统具有复杂的流动特性，道系统的流场对于声场以及送的均匀性有着较的影响，通过对道系统内流特性的研究，掌握道系统的流动特性，从实现空调道系统的优 化设计，达到提空调系统能效系数，优化流场，降低噪声，提空调质量的的。Page 54YYYY-MM-DD计算机散热分析与ECAD软件进行数据交换数字化样机3D仿真应用热舒适度分析PMV-PDD热舒适模型是人体体温调节最早的数学模型，该 模型提出的指标表示大多数人对热环境的平均投票值。数字化样机3D仿真应用疲劳分析产品在经受循环载荷的作用下，从而引起疲劳破坏。例如，配管振动引起的疲劳，空调内电子器件由 于热应力引起

28、的热疲劳。通过数字化性能样机疲劳仿真，可以预测可预知的周期性载荷作用下产品设计的疲劳寿命和强度极限，使产品质量更可靠，提高客户满意度。配管振动引起的疲劳压缩机启停对管路 损伤的影响非常之 大，在分析中不可 忽略数字化样机3D仿真应用空调模具疲劳分析最小疲劳寿命发生在圆角处，寿命值是4.75万次最小疲劳寿命发生在圆角处，寿命值是122.33万次圆角的改善数字化样机3D仿真应用压缩机低频噪音空腔共鸣音在转子式压缩机中一种非常普遍的现象，如果不加以抑制，会在部分频段产生强烈的共振现象 导致峰值的产生。结合声源特性分析和仿真计算的结果，通过优化排气消音器的手段，使得630Hz噪音下 降了近4dB，降噪效果显著。改善前后噪声对比数字化样机3D仿真应用空调轴流风扇的气动噪声通过噪声仿真，气动噪声的声源主要来自 风扇迎风面的中上部、以及对应的管路壁 面部位。内部声场的气动噪声主要分布在 出风侧，幅值较高。而外部声场的气动噪 声主要分布在风扇平面内，而不在风扇的 流场方向上。根据噪声仿真可以非常方便 地解决这类流体声学分析问题，高效准确 地得到气动声学的内外声场分布。真实内外声场耦合模型的计算结果电子产品仿真应用运动学分析常见问题：冰箱抽屉经常很难抽出，用户体验不好。通过S