AIFEM是由天洑自主研發的一款通用的智能結構仿真軟件，助力用戶解決固體結構的靜力學、動力學、振動、熱力學、拓撲優化等實際工程問題。軟件針對傳統仿真軟件前處理操作繁瑣耗時、求解速度慢、后處理自動化程度低等痛點，在各環節融入智能算法，提供自動化前處理、智能加速、智能結果分析等特色功能，輔助用戶快速全面地評估、優化結構力學性能，提高仿真效率、提升設計質量，加速產品設計迭代。

一、AIFEM的功能和特色

● 一體化仿真流程：軟件具備完善的有限元前處理、求解和后處理功能，可實現幾何導入與修復、自動清除幾何特征、網格劃分與連接、材料屬性設定、分析工況設定、仿真結果后處理的一體化仿真操作流程；

● 高精度有限元求解器：具有完整知識產權、國產自主可控的結構仿真求解器，求解能力覆蓋結構線性靜力學、非線性靜力學、響應動力學、熱力學、拓撲優化等學科，求解效率高，結果精度媲美成熟商軟；

● 高效率的前后處理器：擁有多維度、多階次的單元庫，網格自動劃分速度快、質量高；具有自動螺栓連接、自動綁定與接觸等自動化功能，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，輕松創建多種場景工況，支持導入主流有限元求解器模型；具備融合專家知識的后處理功能，輔助用戶進行全面的結果分析和優化。

二、版本更新介紹

AIFEM 2024R1進一步豐富前后處理、求解、優化功能，并在自動化、智能化程度上顯著提升，具體更新包括 ：

1. 前處理

01 自動清除幾何特征：自動搜索并一鍵去除指定尺寸范圍內的圓孔和圓角

02 自動六面體網格劃分：一鍵生成可掃掠幾何體的六面體網格

03 耦合連接：快速設定剛性、柔性連接

04 自動接觸/綁定：一鍵搜索面對并創建接觸或綁定，簡化多零件模型的前處理操作

2. 分析求解

01 拓撲優化：助力結構輕量化設計，擴展產品結構的設計思路和潛力

02 非線性屈曲分析：模擬長直桿件和薄壁結構的失穩現象

03 電磁力載荷：快速創建周期性的電磁力

3. 后處理

01 安全系數：自動計算并可視化零部件安全系數，快速識別薄弱結構

02 自動識別主振型：融合專家知識快速識別主振型，替代繁瑣的人工數據處理

03 結果平均：提供多種的應力平均方式

圖1 智能結構仿真軟件AIFEM啟動頁

1）自動清除幾何特征

幾何模型中可能存在尺寸微小、僅用于加工的特征，這些特征不僅會增加有限元分析的計算量，還有可能影響計算的精度。AIFEM 2024R1新增自動清除圓孔和圓角的功能，用戶僅需要輸入對應特征的最大半徑值，就可以自動搜尋出符合要求的幾何特征，并可一鍵刪除。

圖2 自動識別和清除幾何特征

2）自動六面體網格劃分

六面體網格常用于對精度要求較高的模型和場景。AIFEM 2024R1新增對可掃掠幾何體的六面體網格自動劃分功能，面向工業領域的成型件、輥壓件以及其它的形狀規則的零部件，快速生成高精度的六面體、三棱柱及混合網格。

圖3 自動六面體網格劃分

3）耦合連接功能

AIFEM 2024R1新增耦合連接功能，包含剛性（RBE2）、柔性（RBE3）兩種類型，可用于快速創建組件之間的連接關系，也可用作載荷與約束的作用點。軟件可通過控制點自動生成參考點設定耦合連接，減少人工計算和輸入，提升前處理工作效率。

圖4 耦合連接顯示

4）自動接觸/綁定

接觸是裝配模型中常用的一種連接方式。在傳統有限元建模中，接觸創建相對繁瑣。AIFEM 2024R1新增自動接觸功能，根據用戶指定的搜索準則自動搜索和匹配接觸面對，并且支持接觸與綁定功能的快速切換和設定。軟件界面友好，操作簡便，用戶可以輕松上手。

同時，AIFEM 2024R1新增面向小滑移場景的點-面接觸算法，可以自動識別和調整過盈裝配，并可考慮殼單元的厚度對接觸過程的影響。AIFEM的接觸功能采用了先進的算法和高效的計算技術，確保在復雜的接觸問題中，能夠迅速收斂，減少計算時間、提高分析效率。

圖5 多組件裝配自動接觸設置

此外，AIFEM的自動連接功能還包括廣受好評的自動螺栓功能。螺栓是工程中常見的裝配連接手段之一。在傳統的有限元軟件中設置螺栓連接，不僅步驟繁瑣、設置項分散，而且當螺栓數量較多時，需要人工多次重復操作，效率低下。針對此痛點，AIFEM創新性地提出自動創建螺栓連接功能，自動搜索和識別螺栓孔對，并自動生成螺桿-蛛網形式的一維螺栓連接，有梁-RBE2、梁單元-RBE3、RBE2-RBE2等多種單元組合形式可供選擇，并可批量賦予材料屬性，大大提高了前處理建模的效率。

圖6 自動螺栓連接

5）拓撲優化

汽車及航空航天等領域的零部件設計通常需要在減輕重量的同時保證力學性能。拓撲優化是常用的結構輕量化設計方法，并能提供更多的設計思路和靈感。

AIFEM 2024R1新增拓撲優化功能模塊，支持以結構的體積、質量、剛度和應力等常用性能指標作為優化目標或者約束，同時可考慮常見工藝約束，采用變密度方法改變結構材料分布，并配合穩定的梯度優化算法，生成滿足給定條件的優化設計。

圖7 拓撲優化后的航空發動機支架

拓撲優化支持結果光順處理，使得網格包絡面更為光滑。軟件支持將拓撲優化結果以STL的格式導出，打通仿真與設計生產之間的數據交互。

圖8 懸臂梁的拓撲結構光順與導出

6）非線性屈曲分析

AIFEM 2024R1新增非線性屈曲分析功能，用于模擬長直桿件和薄壁結構在承受非線性臨界載荷后的失穩現象。軟件采用弧長法來控制載荷的比例、跟隨結構體在極限載荷下的逐步失穩的狀態，解決了常規牛頓法無法跟隨結構的平衡狀態并產生“跳變”結果的問題。軟件從算法層面深度優化了非線性屈曲過程中的收斂容差和準則，使得屈曲過程更穩定、更高效。

圖9 直拉桿非線性屈曲載荷比例曲線（LPF）

7）電磁力載荷

電機在工業領域的應用越來越廣泛。電磁力是指電機鐵芯在工作時受到由線圈產生的磁場作用力，在鐵芯內壁上呈周期性的空間分布。傳統的電磁力施加方式為自定義函數，較為繁瑣，且使用門檻高。AIFEM 2024R1新增電磁力載荷，僅需輸入幅值和周期，提高電機鐵芯仿真效率，輔助設計師快速改進設計方案，避免鐵芯在受到電磁力的激勵后產生橢圓模態共振。

圖10 電磁力激勵下鐵芯的振動響應

8）安全系數

安全系數是機械結構進行設計校核的常用指標之一。AIFEM 2024R1新增后處理安全系數顯示功能，通過云圖形式直觀地顯示各個零件的安全系數，方便用戶快速確認薄弱結構。軟件支持靈活定義安全系數計算方法，可使用屈服極限或抗拉極限作為評估準則，等效應力或剪切應力作為評估數據，并可自定義附加的安全系數。

圖11 鋼結構各個零件的安全系數云圖

9）自動識別主振型

主振型是指在模態分析結果中在分量上有效質量參與程度較大的模態頻率。AIFEM 2024R1新增后處理主振型自動識別和標注功能，通過智能算法并融合專家知識，快速識別主振型，并提供模態計算有效性建議，替代傳統人工的模態結果數據處理過程，大幅提升了后處理的效率和便捷性。

圖 12 電池包的主振型識別

10）結果平均

有限元分析的特點是結果的離散化，單元與單元之間交界面上應力應變結果不連續。而對于真實結構來說，應力應變分布應是連續的。AIFEM 2024R1在后處理新增了完整的結果平均的功能，通過特征角度、外推方式、不變量計算階段、平均閾值等選項，將應力、應變等單元積分點變量進行外推和平均，滿足不同用戶的應力查看和評估需求。

圖13 壓氣機的葉片應力平均云圖

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