需求：

產品開發是一個跨部門，跨學科的協同設計過程，多數情況下產品的研發需要多個部門配合工作，而當需要對產品功能進行仿真驗證時，需要把各部分模型進行集成，獲得各部分模型之間的耦合關系，且需要在仿真過程中保證各部分模型之間能夠進行高效的數據交互。所以在系統級的多學科數字化建模之后，還需要進行耦合仿真。例如各個行業遇到的耦合問題：

• 航空航天：氣動彈性中聯合仿真問題、環控系統（乘員艙、駕駛艙等）與艙內流動耦合計算，關鍵部件（如：異型管、噴射泵、燃燒室、油泵等）與系統耦合計算、燃滑油熱管理、壓氣機渦輪葉片顫振問題等。汽車：汽車發動機、排氣歧管、冷卻水套流固熱耦合換熱耦合仿真分析，整車熱控制、液力變矩器、盤式制動系統、發動機懸置減震器流固耦合仿真等。
• 船舶：設備艙和通風系統的聯合仿真計算、船舶總體強度仿真和發動機散熱耦合仿真等。
• 核電：水錘力與管道的結構應力的聯合仿真、壓力容器、閥門與管道的熱疲勞分析中涉及的聯合仿真，管道熱分層問題和安全殼冷卻耦合仿真等。

因此，為產品研發提供一個多學科軟件之間耦合仿真環境實現對各類仿真工具、打通工具間的數據接口、進行聯合仿真自動化，提高仿真設計效率變得非常必要。

解決方案：

冪知科技提供一個自主研發的多物理場耦合框架，在此基礎上進行少量開發能夠快速實現多物理場的耦合覆蓋流體、結構、電磁、運動、顆粒等多個主流學科，并支持這些學科內的主流仿真軟件，同時也支持與系統分析軟件和自研軟件間的耦合分析。

• 框架基本結構：

該框架主要包含的部分多物理場耦合客戶端、耦合服務端和各個仿真軟件的適配器模塊:

• 耦合時序：

對于穩態問題來說，由于只存在一個解，因此數據交換時序對耦合計算結果的影響不大。對于瞬態問題來說，由于初始狀態決定了解，因此初始數據交換階段的數據交換時序對聯合仿真計算結果的影響很大。為了得到符合物理實際的解，在初始數據交換階段需要選擇合適的數據交換時序：

• 耦合過程：

耦合計算的過程可以分為4步：

1) 模型準備：用戶在CAE程序中準備要參與聯合計算的模型文件。

2) 耦合計算定義：即耦合計算配置，用戶在圖形界面模塊中進行操作，配置耦合模型、耦合參數、耦合格式和耦合算法等。

3) 耦合計算運行： 聯合流固耦合仿真通過相應的適配器模塊控制CAE程序進行聯合仿真計算；計算過程中聯合仿真服務模塊可以調用監視器模塊對聯合仿真計算過程進行監視。

4) 后處理：后處理模塊可以讀入聯合仿真服務模塊輸出的數據文件并對數據進行處理。

• 耦合計算的配置和監控：

框架支持以圖形化的方式配置聯合仿真參數，如指定各個仿真軟件中需要進行數據傳遞的邊界，同時啟動耦合仿真，啟動程序進行系統控制仿真；同時，通過中間接口進行數據交換，最后以曲線或模型的方式展示聯合仿真過程中各個仿真軟件的計算結果。

耦合配置示意

耦合監控示意

耦合結果輸出

上海冪知科技有限公司（以下簡稱“冪知科技”）是專業的工程軟件研發技術和服務提供商。

致力于提升中國高端制造業的自主創新能力，冪知科技通過先進的IT技術以及豐富的CAD/CAE行業軟件開發經驗，為客戶提供全流程的工程軟件研發技術和服務，幫助客戶降低研發成本、提升研發效率、縮短產品開發周期和提升產品質量。

冪知科技成立于上海，由業內資深專家及一群有情懷又積極進取、極富溫度的年輕人創立，核心研發團隊成員均具備十年以上的工程軟件研發經驗，主要的服務對象包括航空、航天、船舶、汽車、核電、高科電子、工科高校等。成立至今，已陸續為中航工業、中船重工、中核集團、國家電投、廣汽集團、上汽集團、中興通訊、美的、金盤科技、清華大學、武漢大學、南京航空航天大學、華中科技大學等客戶提供了高質量的服務并獲得高度認可。

作為一家高科技企業，已先后取得ISO9000質量管理體系認證、雙軟企業認證并獲得軟著十余項。在智能制造、國產化替代等趨勢和政策下，冪知科技將持續專注于工程軟件研發技術和服務，矢志助力中國高端制造企業由中國制造走向中國智造！

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