AIFEM是由天洑自主研發(fā)的一款通用的智能結(jié)構(gòu)仿真軟件，助力用戶解決固體結(jié)構(gòu)相關的靜力學、動力學、振動、熱力學等實際工程問題，軟件提供高效的前后處理工具和高精度的有限元求解器，幫助用戶快速、深入地評估結(jié)構(gòu)的力學性能，加速產(chǎn)品的設計迭代。

一、AIFEM功能特色 

●  一體化仿真流程：軟件具備完善的有限元前處理、求解、后處理功能，可實現(xiàn)幾何導入與修復、網(wǎng)格劃分與連接、材料屬性設定、分析工況設定、仿真結(jié)果后處理的一體化仿真操作流程。

●  高精度結(jié)構(gòu)有限元求解器：具有完整知識產(chǎn)權(quán)、國產(chǎn)自主可控的結(jié)構(gòu)仿真求解器，求解能力覆蓋結(jié)構(gòu)線性靜力學、非線性靜力學、響應動力學、熱力學等學科，求解效率高，結(jié)果精度媲美成熟商軟。

●  高效率的前后處理器：擁有多維度、多階次的單元類型，網(wǎng)格自動劃分速度快、質(zhì)量高；利用自動螺栓連接等自動化功能，大幅提升裝配模型的建模效率；包含豐富的材料庫和載荷設定，輕松創(chuàng)建多種場景工況，支持導入主流有限元求解器模型。

二、版本更新亮點

AIFEM 2023R2在前后處理和求解能力、仿真精度、計算效率方面均有更新和提升，具體包括：

●  新增自動創(chuàng)建螺栓連接功能

●  新增諧響應分析功能

●  新增隨機響應分析功能

●  新增復合材料分析功能

●  新增梁單元、彈簧單元、質(zhì)量單元的求解

●  豐富和完善前處理顯示和操作便捷性

●  豐富和完善后處理顯示和操作功能

圖1 智能結(jié)構(gòu)仿真軟件AIFEM 2023R2啟動界面

1）新增自動創(chuàng)建螺栓連接功能

螺栓是工程中常見的裝配連接手段之一。在傳統(tǒng)的有限元軟件中設置螺栓連接，不僅步驟繁瑣、設置項分散，而且當螺栓數(shù)量較多時，需要人工進行多次重復操作，前處理效率低下。AIFEM針對該痛點，在2023R2版本新增了自動創(chuàng)建螺栓連接功能，用戶僅需要輸入孔洞直徑和螺桿長度的范圍，軟件通過搜索和識別螺栓孔對，自動生成螺桿-蛛網(wǎng)形式的一維螺栓連接，提供梁單元-RBE2單元、梁單元-RBE3單元、RBE2單元-RBE2單元等多種單元組合形式可供選擇，并可批量賦予材料屬性。螺栓連接在網(wǎng)格更新后會自動更新。而針對異形孔等特殊情況，AIFEM也有手動選擇孔洞的方式，一鍵式創(chuàng)建螺栓連接，靈活、全面地支持工程中的螺栓連接場景。

圖2 自動創(chuàng)建螺栓連接

2）新增諧響應分析功能

諧響應分析是將一系列不同頻率的周期正弦激勵應用于線性系統(tǒng)，并分析周期激勵下的周期響應（穩(wěn)態(tài)響應）。諧響應分析在工程中應用廣泛，例如電機受電磁力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動、電子電路受動力源激勵產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動、風電設備受到葉片轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的周期結(jié)構(gòu)振動等。

AIFEM提供基于模態(tài)疊加法的諧響應分析功能，通過基礎激勵的方式輸入激勵載荷，基于在各個結(jié)構(gòu)特征頻率上的模態(tài)特性響應的線性疊加，最終得到結(jié)構(gòu)的總諧響應參數(shù)，包括位移、速度、加速度響應，應力、應變、支反力響應等結(jié)果。諧響應分析所需的模態(tài)結(jié)果，可以通過前置的模態(tài)分析步計算自動獲取，也可以導入已有的模態(tài)結(jié)果，大大節(jié)約了諧響應的求解時間，同時也提升了企業(yè)仿真數(shù)據(jù)庫的重用率。

圖3 電器盒諧響應分析 一階共振峰下的位移云圖

3）新增隨機響應分析功能

隨機響應分析是對隨機振動輸入的一種統(tǒng)計學模擬仿真。AIFEM在模態(tài)空間內(nèi)對隨機響應結(jié)果進行計算和疊加，再轉(zhuǎn)換到物理坐標系下。輸入數(shù)據(jù)為自相關的功率譜密度PSD，輸出為響應功率譜密度、自相關函數(shù)、響應變量的均方根等參數(shù)。基于這些參數(shù)可以考察結(jié)構(gòu)在隨機環(huán)境下的工作情況，評估結(jié)構(gòu)的振動特性和可靠性。

AIFEM求解器在求解大規(guī)模網(wǎng)格模型下的隨機響應時，具有高效的求解效率，例如在200萬網(wǎng)格的電池包隨機響應分析案例中，在相同的輸入和輸出設定下，AIFEM求解時間少于某國外成熟商軟近30%，幫助用戶快速判斷設計方案的可行性。

圖4 電池包隨機響應分析 應力均方根（RMS）結(jié)果云圖

4）新增復合材料分析功能

AIFEM新增了面向復合材料場景的結(jié)構(gòu)靜力學和動力學分析功能，通過創(chuàng)建鋪層屬性，描述復合材料的材料特性、厚度和角度特征，可以求解得到復材中各個鋪層的應力、應變結(jié)果；同時新增了正交各項異性的材料本構(gòu)模型，可以通過工程常數(shù)、矩陣分量、單層板三種參數(shù)形式來描述材料在不同方向上的力學特性，進一步完善了復合材料的仿真場景。

圖5 創(chuàng)建和繪制鋪層屬性

5）新增梁單元、彈簧單元、質(zhì)量單元的求解

AIFEM新增梁單元、彈簧單元、質(zhì)量單元，結(jié)合已有的殼單元和體單元，AIFEM已綜合覆蓋0D、1D、2D、3D完整維度的20余種單元類型，可以更加準確地模擬真實的結(jié)構(gòu)。

梁單元和彈簧單元在工業(yè)領域應用廣泛，例如，可以模擬船體肋板、螺栓、結(jié)構(gòu)撐桿、減震器、懸置等等，質(zhì)量單元則可以將很多結(jié)構(gòu)附件簡化成質(zhì)量點單元參與仿真，既考慮質(zhì)量和慣量的影響，也提升了求解效率。

圖6 船舶平行中體結(jié)果云圖

6）豐富和完善前處理顯示和操作便捷性

AIFEM已具備豐富的結(jié)構(gòu)仿真前處理功能，包括主流的幾何格式導入、主流的網(wǎng)格格式導入、網(wǎng)格自動劃分、局部網(wǎng)格加密、分析步設定、各類邊界條件、約束和載荷設定等功能。在此基礎上，AIFEM 2023R2進一步豐富和完善了前處理功能，提升用戶體驗。

■   幾何：

① 優(yōu)化了大規(guī)模幾何模型的導入效率，相比上一版本效率提升80%以上；

② 新增幾何布爾運算功能，支持通過交、并、差運算進一步構(gòu)造幾何模型。

■   網(wǎng)格：

① 新增針對組件對象的網(wǎng)格劃分功能，可以對裝配體一鍵劃分網(wǎng)格；

② 優(yōu)化二階體網(wǎng)格的生成算法，避免產(chǎn)生負體積網(wǎng)格；

③ 支持輸出網(wǎng)格模型的統(tǒng)計信息。

■   分析：

① 優(yōu)化力的施加方式，支持對面、體對象施加總合力，由求解器自動進行均布載荷計算；

② 新增場輸出和歷程輸出設定選項，用戶可根據(jù)分析需求增減輸出變量、范圍和頻次。

■   工具：

① 新增創(chuàng)建直角、柱、球坐標系功能，可作為材料、載荷方向使用；

② 新增測量距離和角度功能；

③ 新增視口區(qū)右鍵菜單功能，快速進行視圖縮放、設置旋轉(zhuǎn)中心；

④ 新增偏好設置選項，支持默認工作目錄設定、中英文切換、默認并行核數(shù)設定等。

圖7 劃分高質(zhì)量的體網(wǎng)格

7）豐富和完善后處理的顯示和操作功能

AIFEM后處理功能已有常見結(jié)果云圖顯示、模態(tài)結(jié)果清單顯示、剖視圖顯示等功能，2023R2版本對后處理功能進行了整體功能增強，不僅提高了結(jié)果文件的讀取速度，并且擴展了后處理的編輯和操作功能,提升了用戶的使用體驗。該版本新增和優(yōu)化的后處理功能有：

■ 新增圖例設置選項，對色彩、極值顯示、層級數(shù)量和數(shù)值進行控制；

■ 新增探針功能，讀取和查看局部位置的結(jié)果數(shù)據(jù)；

■ 新增結(jié)果選項設置，控制復數(shù)輸出、結(jié)果平均方式、梁殼截面積分點結(jié)果顯示；

■ 新增矢量圖的顯示；

■ 優(yōu)化了剖面圖設置，提升剖面結(jié)果的真實性；

■ 新增圖表的繪制和保存功能，增加了圖表的創(chuàng)建、樣式設置功能。

圖8 基于車門變形結(jié)果的圖例設置

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