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汽車行業在設計和優化車輛的每個部分時都使用 CFD 工具，從外部空氣動力學到降噪、熱管理、內燃機等。在設計過程中，通常會結合上述所有內容來創建所謂的虛擬原型，以優化車輛作為一個系統。然而，每個應用程序的物理環境通常非常不同，每個應用程序都需要專門的技術。因此，設計師、科學家和工程師經常使用大量不同的 CAE 代碼和軟件工具，它們具有不同的界面 (GUI)、數據設置、結構和格式，每個都有特定的領域。因此，它們之間的聯系要么不存在或壞了。對于這些用戶，必須對整個 CAE 工作流程采取更全局的方法，并實現復雜的設計和優化循環。

這就是 Cadence Omnis 的用武之地：一個端到端的 CAE 環境，帶有專門構建的工具，可以快速有效地解決仿真過程的每個步驟。Omnis 為從設計到結果分析的整個 CAE 工作流程提供了一種全局方法，可以由用戶通過高度復雜的用戶界面進行操作，也可以使用 Python API 自動控制，甚至可以由優化模塊控制。統一的用戶界面簡化了用戶的學習過程，一致的數據結構避免了文件轉換延遲和嚴重的損壞錯誤。獨特的 Omnis 框架允許工具在單個工作流中進行通信，多個求解器可以訪問廣泛的技術來解決任何流體/聲學問題，并且通過 API 您還可以靈活地插入內部或開源求解器和工具。

在本文中，Omnis 憑借其廣泛的 CFD 技術解決了汽車設計中最復雜的流體流動挑戰，同時在完全簡化的易于使用的協作工作流程中縮短了工程和分析時間。我將向您展示它是如何縮短的. 圖 1 中的示例說明了各種問題，包括引擎蓋下熱管理、外部空氣動力學、動力總成、聲學和引擎蓋下組件（如渦輪增壓器）。每個問題都有不同的挑戰。

物理處理不同，涉及不同部門，吞吐時間受到嚴格限制。Omnis 做到了這一切。

模擬準備

設置成功的模擬從準備用于模擬的幾何模型開始。除了直接在 Omnis 中創建設計外，Omnis 還可以直接打開流行的文件格式，如 ACIS、IGES、STEP、STL、Parasolid、CATIA、Pro/ENGINEER 或 SolidEdge 以導入外部幾何圖形。

Omnis 在模擬過程中保存幾何圖形，以確保模塊之間的無損傳輸和分析一致性。Omnis 數據結構直接指向 CAD 數據，以實現最大的初始設計可靠性。所有材料、物理和數值屬性都鏈接到 CAD 模型實體。相同的 CAD 命名和層次結構可確保仿真設置的一致性，并最大限度地減少自動化工作流程中的用戶輸入。

制造級幾何體可能包含間隙、干涉、緊固件和非常小的特征。這些機制對于制造來說是必需的，但會為模擬帶來不必要的復雜性。因此，需要編輯設計工具以盡可能自動化的方式準備用于仿真的幾何圖形。

一項特別耗時的工作是密封拓撲孔和縫隙，例如汽車車門和乘客艙之間的縫隙，或者在拆除連接渦輪增壓器蝸殼兩部分的螺栓后留下的孔。在這方面，革命性的 AutoSeal 超越了其他標準的編輯和修復幾何工具。

現在只需單擊一下即可修復任何非水密、非共形幾何體，從而將工程時間從數天縮短為數小時。例如，本田報告說，過去，熟練的工程師通常需要整整一周的時間來堵住機艙空間中的每個孔。但是使用 AutoSeal，整個過程縮短到一個多小時。

預處理

網格劃分技術在大小、形狀、復雜性和要解決的問題類型方面差異很大，現在或在可預見的未來，不太可能有一種單一的網格劃分技術可以滿足所有應用程序的需求。因此，將結合網格生成技術來解決。Omnis 的網格劃分策略有兩個方面：最大化所有網格劃分技術并結合計算域內最合適的技術。非結構化網格生成更適合復雜的幾何形狀。在靈活性方面，Omnis/Hexpress 用戶可以選擇帶有懸掛節點的全六面體網格，或混合元素共形網格，用于“不太干凈”幾何體的 V2S 方法，或 S2V 方法，inflation，你可以例如，選擇通過變形或擠壓插入邊界層。例如，本田工程師正在分析引擎蓋下的 CFD 空氣動力學和熱力儀表：散熱器風扇、發動機艙和外圍設備周圍的氣流、排氣系統等。預處理階段過去既耗時又繁瑣。切換到 Omnis/Hexpress 后，我們能夠將 CPU 使用率提高三倍，并將工程時間從數周縮短至 30 分鐘/網格。

“本田工程師正在對引擎蓋進行空氣動力學和熱力計算。他們的預處理階段過去既耗時又繁瑣。改用 Omnis/Hexpress 后 3 我們能夠將其翻倍，將我們的工程時間從數周減少到 30 分鐘/網。”

就出色的網格質量和減少的單元數而言，全自動生成多塊結構化網格長期以來一直是一個目標。AutoGrid5 在推進、能源和發動機行業的這一領域得到全球認可。基于向導、特定于應用程序的工作流程使用戶能夠在幾分鐘內生成超過 1 億個高質量單元格，只需單擊幾下即可解決廣泛的渦輪機械應用程序。

結合機翼中的高質量結構化網格和蝸殼中的全六面體非結構化網格，Omnis 通常可以在 30 分鐘到每百萬節點每個核心 2 小時內收斂流動求解器（圖 5）。福特證明，可以使用 12 個內核在 2 小時內在 3-4 種操作條件下對新設計進行空氣動力學分析。考慮到使用標準商業求解器完成此任務需要一整天，這是一個令人驚訝的結果。

“福特聲稱它可以在 2 小時內使用 12 個內核在 3-4 種操作條件下對新設計進行空氣動力學分析。與 Solver 相比，結果非常好。”

多功能求解器技術

現在通常使用多個求解器來解決復雜的工程仿真任務。這種廣泛用于多物理場仿真的方法結合了為特定物理場設計的求解器，以分析不同的物理場如何影響所分析幾何體的整體行為并與之相互作用。從流固耦合仿真到氣動聲學分析，再到各種復雜的流動物理學，例如多相流和多組分流，以及與優化框架的連接。Omnis 提供強大的求解器，例如 Omnis/Turbo、Omnis/Open、FINE/Marine、FINE/Acoustics、FINE/FSI-Oofelie，以及用于外部開源工具和求解器的 Python API。

例如，在汽車外板的空氣動力學中，一個關鍵點是如何準確預測影響設計性能的阻力和升力。這些模擬通常很繁重，但數值算法必須高效且經過驗證，并且模擬工作流程必須穩健且獨立于用戶。為了實現這些目標，Omnis/Open 提供了優化的網格、預設的數值和物理設置以實現最大速度和穩健性，并為汽車空氣動力學提供了模板。

渦輪增壓器和水泵等旋轉機械外圍設備可以極大地受益于上一節介紹的 Omnis/Turbo 的結構化網格方法，與市場上的其他技術相比，成本高出 10 到 10 倍，速度和精度提高 20 倍。利用結合了 CPU 和 GPU 的 HPC 的強大功能，進一步提高了速度優勢。離心式壓縮機提供額外的 3-5 倍加速。

另一方面，齒輪箱潤滑分析具有傳統流動求解器無法處理的運動部件和車身接觸。Omnis/LB 可以在細觀尺度上處理復雜的形狀，而無需設置和微調網格。該解決方案提供 LES 級表示，可以捕獲復雜的現象，例如飛濺、掉落和晃動。

Omnis 還具有開放式架構，允許基于強大的 Solver Plugin API 集成內部求解器。C/C++、Python 或 Fortran API 提供所有構建塊并將它們組合起來以連接外部求解器并讓您訪問上述所有功能。

追求設計

運行單個場景通常只是模擬過程的第一步。工程師經常想考慮設計備選方案并比較結果。Omnis 提供多種更改設計的選項。它們可以通過 Omnis Interactive CAD Gateway 從 CAD 系統參數化導入，由 Omnis Agile（旋轉機械的參數化葉片建模器）生成，或者通過 OMNIS 變形工具從它們的原始形狀轉換，如圖 8 所示。我可以。

作者：AnneMarie CFD