【EDF開源CAE】SALOME數值模擬平臺綜述
SALOME是一款由法國電力集團(EDF)、法國原子能和替代能源委員會(CEA)和Open CASCADE三方合作開發的開源工業仿真平臺,包含仿真前處理和后處理所需的多種數值工具。平臺提供一套完整的解決方案,涵蓋從原始輸入數據導入、幾何與網格模型建立、到計算結果可視化和后處理分析的一整套流程,在此過程中實現各個輔助性分析模塊(如數據同化輔助模擬,不確定性分析,計算流程管理,計算資源定義等)與求解模塊的實時數據交換和多物理場求解器耦合運行。
數值仿真平臺SALOME介紹
幾何和網絡模塊
SALOME的幾何模塊提供了3D模型的創建/修改,導入/導出,修復/清除等功能,其支持不同格式的CAD模型,通過集成外部CAD讀寫模塊可直接與其它CAD軟件創建的模型相互導入。
基于規范的開源網格生成算法,網格模塊可實現網格的生成和編輯功能。其集成常用商業網格生成器,能夠生成網格并對其進行分組定義、質量檢查等編輯操作。計算網格生成后,可針對研究區域進行局部網格加密、定義計算流域等操作。
計算分析
SALOME中的管理工具可對工作流進行監控。它可以通過連接相關模塊,執行使用單獨或多個求解器的耦合運算,從而對算例的運行進行管理。
后處理模塊實現含計算結果的網格文件的導入/導出(MED,unv, vtk等格式),對計算結果實現可視化輸出,后處理可通過軟件圖形界面或者執行腳本文件實現。綜上所述,SALOME是一個能夠滿足各類數值計算模擬需求的強大模擬仿真綜合平臺。
基于規范的開源網格生成算法,網格模塊可實現網格的生成和編輯功能。其集成常用商業網格生成器,能夠生成網格并對其進行分組定義、質量檢查等編輯操作。計算網格生成后,可針對研究區域進行局部網格加密、定義計算流域等操作。
SALOME提供一個集成環境,便于實現對各類物理現象的數值模擬,提供模塊化服務,如前面所提幾何模塊、網格模塊、可視化、后處理等。每個模塊都具備一個互操作性的圖形界面(C++, Qt,PyQt等)、一個文本操作框,用于編寫腳本(基于Python語言)和一個用于構建自定義程序的編程接口(APC C++ 和 Python)。除此之外,SALOME框架下的SALOME-MECA(力學計算)、SALOME-CFD(流體計算)、SALOME-HYDRO(自由表面水力學計算)、SALOME-COEUR(中子計算)等約30個應用為特定研究領域提供求解器,以滿足常用計算。
主要部分
SALOME平臺主要應用部分包括GEOM, SMESH, PARAVIS, YACS, 分別用于建模,網格生成,后處理以及在計算方案的實現。前面簡單介紹了幾何和網格部分,這里主要介紹PARAVIS以及YACS模塊。
PARAVIS能夠對計算結果進行處理,通過圖形界面或者腳本文件生成矢量圖、流線、2D/3D圖、動畫展示等結果圖,將結果可視化,易于分析。
YACS模塊允許生成、編輯和執行計算方案。計算方案定義了計算機代碼的連接和耦合(salome 組件或計算組件),從而使得計算方案在SALOME環境下自動進行執行和控制操作。
SALOME平臺在核工程領域,如安全殼密閉性,壓力容器密閉性,地震分析,汽機性能等領域研究都有廣泛的應用。在以下例子中,我們簡單介紹其力學分析平臺Salome_Meca的應用案例。
裂縫檢測
核電站大修期間需要對機械設備進行檢測,以判斷是否需要更換。不同于創建含有裂縫部件的網格,使用SALOME的特定工具能夠對模型的局部區域的網格進行加密,從而有效地規劃計算資源的使用;在幾何模塊定義可裂縫,添加到已有的網格后自動生成新網格,可方便后續的模擬仿真。
電磁無損檢測
下圖展示SALOME對蒸汽發生器探測管進行建模,對比實驗和模擬的電磁響應分析。在實驗過程中由于我們需要對諸如探針之類的敏感部件進行建模,在SALOME中我們就可以對這部分進行重點加密。此外Salome還支持在HPC等高性能處理設備上提交任務,方便大規模計算的執行。其強大的后處理功能也可以對局部物理現象進行更加直觀的研究。
基于以上介紹,我們可以看出SALOME是一個極其強大的開源數值仿真平臺系列,其主要特點包括:
提供易于使用的通用界面以降低學習成本和時間
簡化新組件在數值計算異構系統中的集成
簡化CAD建模和計算軟件之間的互操作性
可通過Python命令行執行功能
設置計算軟件之間多物理場耦合優先級
基于開源協議,便于開發升級更專業便捷的功能
SALOME平臺所包含的模塊和功能還有很多未能詳盡地介紹,我們將在接下來的公眾號文章中詳細介紹每個主要模塊的功能和應用案例。
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