132结构有限元求解器软件功能要求

结构分析软件招标技术要求.设备用途及技术要求设备用途本次采购的软件主要用于航天复杂结构产品及其各种零部件的强度、模态、振动、热分析及优化。总体要求1、结构分析软件应支持WindowsLinux、Unix等主流操作系统，可以在普通PC机、机架式服务器、Unix小型机等硬件上运行；2、结构分析前后处理软件界面具有Office2007风格，易于学习和使用；3、结构分析软件支持二次开发功能，用户可以根据需要编写子程序实现对软件现有功能的扩展。4、★结构分析软件厂商主要业务范围为CAE领域，厂商CAE产品年营业额占公司总营业额50%Z上。软件厂商需要具有较强的技术支持能力，在北京拥有专业的CAE技术支持团队，CAE工程师数量五人以上（不包括CAE开发团队人员）。对于用户在使用软件时遇到的技术问题，厂商应从技术上予以积极支持。对于用户提出的问题，厂商须在24小时内提供解决方案或技术指导意见。在电话、邮件和传真不能解决问题时，厂商技术人员48小时内赶赴现场进行技术支持。5、热分析软件应该具备完整的热/流体有限差分仿真理论，具备热工/流体工程模拟功能，软件应基于离散化的经验公式，综合利用有限差分（FD真实曲面/曲体辐射和有限元（FEM导热网格快速生成的优点，建立完善的流体集总参数理论，具备强大的求解器。技术规格要求结构有限元分析前后处理软件功能要求1）要求在同一前后处理器环境下支持结构静力学、动力学、冲击响应分析、热分析以及优化分析等多种求解功能。2）图形化的用户界面条理清晰，符合CAE®作流程的用户界面；不超过三级的菜单按“事件”激发，用户可随意接通任何分析任务，整个界面操作简单易懂。3）前后处理器在将计算任务提交给求解器在后台运算后，在前台仍可以进行各种建模操作。4）要求具有几何模型直接访问技术（DirectGeometryAccess,简称DGA）集成各CAD软件系统间的几何模型及各类分析模型无缝连接。与三维设计软件UGPro/E、CATIA等常用的三维CAEB件有很好的接口。同时还支持各种几何标准格式的文件，包括Parasolid、ACISSTEPIGES等格式。5）要求具有客户化工具语言和高级模块化结构的编程语言。用户可根据自己的需要编写特定的用户界面、图标等，尤其是创建专业分析所要求的流程和功能。6）要求具有高级几何造型和编辑功能，如布尔运算、倒角、印痕、抽壳、抽中面以及参数化建模等，允许直接在几何模型上设定载荷、边界条件、材料和单元特性，并将这些信息自动地转换成相关的有限元信息。7）要求具备虚拟拓扑功能，程序可自动把多个小碎面自动连接成一个整面，使网格划分更加连续，避免几何细节特征造成局部网格质量过密。8）要求具有自动几何特征识别。可以对几何模型包括孔、导角、圆角等进行自动或交互式的识别。可以通过鼠标右键功能快速抑制或修改几何特征。9）要求具备多种网格自动划分功能，包括自动六面体、自动四面体、高级扫掠等多种网格划分方式，对复杂模型能自动形成协调的网格、能自动根据几何曲率调整网格分布。10）★要求具备meshonmesh功能，即能在网格上重新划分网格的功能，提高网格划分的灵活性。11）要求具有强大的单元修改方法，用户可以便捷地改变单元的各种属性。同一模型使用六面体和四面体单元。支持多单元类型，支持P单元、超单元等。具备良好的网格优化、编辑等再处理能力，例如：网格的修补和变换、节点的合并和移动、网格质量检查和改进、网格类型的转换等。12）要求具有可视化的单元质量评估工具，帮助用户对一些直接影响有限元计算的参数进行评估，同时还提供功能强大的单元、节点修改以及同各种计算模型求解器相关的优化工具。13）要求完全支持各类结构力学分析所需的边界条件，包括：强迫位移、力、压力、温度、惯性力、速度、加速度、分布载荷、预变形、预应力等。14）要求可以方便地定义有限元分析模型建立时所遇到的各种变化的物理量，提供各种定义变量的方法，可以便捷地定义随空间、时间、温度等变化的材料特性、动力学特性等，可以便捷地进行总体模型到局部计算模型的数据条件交换和不同类型分析之间的数据转换，同时也可以通过二次开发语言直接从外部的测试数据形成变化的物理场。15）要求具有高级曲面网格剖分功能，可在复杂带有缺陷的曲面上快速生成高质量的面网格，并提供方便的用户可控性。可直接读入Parasolid造型核心几何模型，并自动识别和修复模型中存在的缺陷，快速产生高质量的有限元网格，并且能够处理大规模复杂模型；16）要求可以灵活模拟装配体连接件自动生成连接单元，如可以自动创建螺栓连接，并施加预紧力。连接单元的特性可以扩展到高阶单元，支持各项异性材料。可以显示点焊单元、焊缝单元、固定连接单元在静动力学、振动、瞬态分析下的位移和应力结果，可以观察焊点、焊缝和连接板壳之间的关系。17）★要求可以自动计算紧固件刚度，界面支持多种工程常用的紧固件刚度计算公式，包括Douglas通用公式，碳素纤维增强材料HuthHi-Lok公式，金属材料HuthHi-Lok公式，实体怫接Huth公式，金属Douglas公式，碳素纤维增强材料Huths双剪切公式，金属材料Huth双剪切公式，Huth怫接双剪切公式。18）要求提供多种常规的计算分析结果可视化工具，如云纹图、变形图、曲线表格、动画、矢量张量图等，帮助灵活、快速地了解结构在复杂载荷作用下的行为；19）要求提供交互式的全文在线帮助系统，随时得到相关的电子文档帮助。20）要求具有相关命令过程的自动文件记录，可方便地编辑修改并用于模型的参数化研究。21）要求具有方便的分组管理功能。能够支持分等级的结构组（Group）操作，可以按照结构材料、单元属性、载荷边界条件或单元拓扑形状等条件进行分组归类，可以对组内成员进行灵活的旋转、平移、按比例缩放和复制等操作。22）★要求能和各种分析软件都有完整的结合，支持各种不同软件的单元库的定义、材料本构模式的输入以及各种边界条件的定义，支持多种结构、流体、热分析求解器，包括：MSC.Nastran、MDNastran、Dytran、Marc、MSC.Fatigue、Mvision、Filghtloads、LS-DYNAPAMCRASHSAMCEFSINDAABAQUSANSY潴。23）要求可以实现各种装配关系的灵活定义：如点焊，缝焊，怫接，螺栓连接，考虑预紧力的连接，垫圈，粘接，接触定义等，同时支持拓扑优化和复杂优化（如：梁截面优化）的相应定义。24）要求对从CA面统读入的曲面和实体同样具有自动网格划分的功能，在自动划分的过程中同样可以使用种子点、硬点、硬线等功能局部加密关心区域的网格。25）要求对于复杂的曲面，尤其是非协调曲面，提供一系列高级曲面网格划分功能，能够解决自动划分遇到的碎面、缝隙、重叠、小边、特征、网格质量等多种复杂的问题。26）要求具有可视化的单元质量评估工具，可以在分析之前对诸如节点的重复性、单元的协调性、方向、翘曲度、边长比、相关性等一些直接影响有限元计算的参数进行评估，同时提供单元、节点修改以及同各种求解器相关的优化工具。27）要求提供Imprint装配体协调网格划分功能，可以在透明的实体上显示印痕的边界，可以抑制部分不需要连接的装配体网格划分，可以自动追踪网格自由边界显示，可以全面支持网格种子点、曲面网格控制和硬几何/FEM点，可以在非匹配的面上生成协调网格。28）兼容以往Patran和Nastran软件的所有数据文件，无论是输入文件还是输出文件，无论是文本文件还是二进制文件，都可以向下兼容。29）可进行任意梁截面的建模。用户可指定的任意复杂的几何截面，由程序自动计算出截面参数，存入梁截面库中。任意梁界面模型可进行三维显示，便于模型检查。30）自动定义接触。软件可自动判断接触体之间的接触关系，允许用户修改接触参数。接触体支持无网格的刚性体定义，并且能够处理无网格的刚性体和柔性体之间的接触问题。31）支持WindowsLinux等常用操作系统、硬件平台和图形显卡，可高效运行在服务器、工作站和PC机环境下，并且支持TCP/IP、旧协议的网络浮动运行。支持64位操作系统，并且可以自动调配程序占用内存比例以充分利用系统物理内存，高效实现大模型分网和建模工作。32）具有自动的作业排队-递交管理系统。用户可以将求解文件递交到管理系统进行排队，一旦分析系统有可用资源，排队-递交管理系统可以自动递交求解，计算出结果。1.3.2结构有限元求解器软件功能要求1）★必须为航天专用或者在航天领域主要使用的大型软件，具有高度可靠性，必须经过解决大型工程问题的验证。软件产品在国内航天行业总体部门结构科室被广泛应用，需要提供国内八家航天总体部门结构室应用人员名单。2）要求具有静力学、屈曲分析、模态分析、动力学分析、热分析、优化分析等求解功能以及用户开发工具。3）要求静力分析能支持全范围的材料模式，包括：均质各向同性材料、正交各向异性材料、各向异性材料、随温度变化的材料和复合材料等。具有惯性释放的静力分析，可考虑结构的惯性作用，可计算无约束自由结构在静力载荷和加速度作用下产生的准静态响应。4）要求在动力学模态分析和屈曲分析时，支持考虑梁和壳单元偏置的有限元结构。5）可在线性静力学分析中定义接触关系。同时具备强大的粘接功能，可连接不协调的网格，并能自动协调不同类型单元不协调的自由度，实现梁和体、壳和体以及梁和壳的无转动粘接。粘接功能支持静力学、动力学以及优化分析。6）要求具有多级超单元分析功能，适用于所有的分析类型，如线性静力分析、正则模态分析、复特征值模态分析、频率响应分析、瞬态响应分析、热传导分析以及优化分析。7）具备时域和频域的动力响应分析能力，能提供模态叠加法、直接积分方法。对参与响应计算的模态阶次可自由选择。同时能考虑各种阻尼，如结构阻尼、材料阻尼、模态阻尼，瑞利阻尼等。在频响分析中可使用随频率变化的刚度和阻尼。8）要求具有高级对称分析功能。针对结构的对称、反对称、轴对称或循环对称等不同的特点，提供高级对称算法。9）要求提供灵活的开放式结构，功能独特的用户化开发工具语言，在用户子程序中调用软件。10）具备与通用的多体动力学仿真软件ADAMS的直接接口，可以方便地对系统关键零部件的强度、刚度进行刚体/柔体混合的多体运动学、动力学分析。11）要求具有丰富的得到工程实践检验的求解方法，线性方程组的求解要有直接法、迭代法、多前沿稀疏法、并行法等；实特征值求解要有Lanczos法、增强逆迭代法、Givens法、改进Givens法、Householder法、带Sturm序列检查的逆迭代法等；复特征值求解要有Delerminated法、Hossen-bery法、新Hossenbery法、逆迭代法、复Lanczos法等；矩阵运算要有致密乘致密法、致密乘稀疏法、稀疏乘稀疏法、稀疏乘致密法、稀疏法、三重乘法和并行乘法等。根据具体问题，自动选择最优的矩阵算法；矩阵分解方法要有对称矩阵的Cholsky法、非对称矩阵的标准法；带宽优化算法要有Cuthill-McKee法、Gbbs-Pool-Stk法和混合算法等。对复特征值求解，提供算法包括：Determinate、Hessenberg、Lanczos、InversePower。12）★要求可以对特定优化目标，如最小重量、最大第一阶固有频率等进行综合设计优化分析；要求允许在大型装配体模型中定义多个设计变量和目标函数；可对静力、模态、屈曲、正弦振动、冲击、随机、热分析以及超单元分析进行优化。软件可以进行拓扑优化，为产品概念设计阶段的结构拓扑形状或几何轮廓提供初始设计方案。可以考虑加工工艺要求，以保证优化后的结构能被制造出来。可以进行地貌优化，以每个单元的参数作为设计变量，根据设定的目标，优化每个单元的厚度和材料分布。软件可以进行形貌优化，优化板壳结构的形状特征。软件可以综合拓扑、尺寸、形状参数，实现多目标优化；可以进行多学科多模型优化，准确且有效的找到最优的设计路径。13）具有网格自适应功能，能在分析误差较大区域、接触区、用户定义的长方体和球体区域内进行网格细分，允许不同的区域用不同的准则、同一区域也可以用不同的准则。14）★要求提供丰富的连接单元用来模拟如点焊，缝焊，怫接，螺栓连接，考虑预紧力的连接，垫圈，粘接，接触定义等，并且可以对连接单元进行强度和刚度校核，如可以计算焊点、焊缝单元的应力、变形以及模态振型等。具备完整而强大的接触分析功能，可处理梁单元之间的接触、面与面接触、边与面的接触、变形体与变形体的接触、变形体与刚体的接触、变形体自身接触，具备对变形体和刚体的离散描述和解析描述。15）要求支持多线程共享内存并行（SMP）,多机分布式并行（DMP）计算，能大幅提高大模型或超大模型的计算效率。16）对于大模型，要求软件能够自动依据计算机资源优化内存的使用。17）具有广泛的硬件平台适用性，可在PC机、工作站、小型机、计算机集群等多种硬件平台上运行，支持异种异构平台的网络浮动。支持UNIX、Linux、Windows等操作系统。1.3.3热分析软件功能要求1）软件应具有航天器及部件在轨的热、推进、环境控制设计能力，能完成空间辐射换热系数和轨道热流率的计算。热辐射分析应采用快速的oct-tree加速的基于光线追迹算法计算辐射热交换系数和视角系数，提高辐射分析效率；须整合步进辐射度算法，可以由视角系数计算辐射交换系数，提高计算性能。能模拟航天器的释放、遮光罩和导流罩在轨抛弃等瞬态过程。允许用户在看过初步结果后，进一步在现有基础上通过选择光线追踪分析进一步提高精度。在保有先前计算结果的前提下，可继续进行RADK和热流率的求解以提高精度。2）具备良好的热工流体前后处理器，能计算复杂3D几何体/面间的热辐射换热系数/辐射热流；自动确定流体管网走向/自动提取几何信息；能与CAD/FEM系统共享模型、交换数据，实现各系统同步工作，满足其它与自动化、一体化、3D直观显示相关的需求。3）软件基于基础理论-以任意形状、任意大小团块的集总参数为模型状态参量；以阻值形式解释能量/质量/动量传递中出现的势差；以热容反映瞬态过程中滞后现象。采用通用的热/流体网络，适用于有限差分，有限单元，集总参数。具有参数化建模能力，可以在抽象网络任意建立节点之间热传导，在节点、面元、圆锥面之间是假热源、载荷和热流。★软件采用曲面/曲体+集总参数/有限差分+实验关联式，能快速精确地计算传导、辐射、流固耦合。软件需要具有方便调整模型大小而不对设计方案产生根本影响的特征。能进行从设备级到系统级的性能模拟，同一设备在系统级为一个节点，在设备级节点数目可上万，且这种映射存在于同一模型内。★软件允许用户在AutoCAD环境中建立热模型，热模型的建立可基于CAD或FEM模型。通过使用AutoCAD模型和用户定义的材料数据库，软件能自动生成所需的热容和热导输入数据。模拟结果可被重新导入AutoCAD环境中进行后处理、作图和评估。既能保留传统热分析中的真实曲面、精确的曲体单元属性计算、自由指定的模型规模（节点数目）等优势，又能结合当前热模型直接利用AutoCAD模型产生的趋势，能完全利用AutoCAD模型和AutoCAD建模工具快速准确地产生热模型。6）软件能进行稳态和瞬态分析，参数化，自定义分析顺序。对于参数化和敏感度分析，能完全采用简单的电子表格形式。软件采用子模型，易于模型的组织管理、不同模型的合并。能利用材料属性别名快速修改模型并计算。计算案例管理器能进行多工况数据管理，直接启动求解器，后处理和逻辑块。7）能同时进行辐射、导热和对流换热分析；精确生成热力学边界，能模拟热传导、热容、表面绝热和接触热阻等热属性；快速进行热辐射、流体流动和热对流计算。8）软件辐射分析模块采用蒙特卡洛光线追踪与高级辐射率算法计算热辐射，具有专利的改进型OctCell技术；真实的几何曲面，避免平面，提高精度；能处理镜曲面和漫反射曲面，透明体的折射模拟；能分析动态变化的几何模型，诸如对地、对日和定点指向功能，具有完整的轨道图形演示工具包、基本和开普勒轨道输入功能；能模拟任意位置处红外/太阳灯的光源定义功能；提供了自由分子流加热算法，用于运载上升期间热负荷的计算；转动关节能在用户指定的轨道位置区间工作。9）支持导入其他C