多學科耦合的案例
多學科統一的多體動力學建模方法
多學科耦合的動力學控制方程的建模都可以寫成上式的形式，同時方程規范美觀，易于編程。
文章來源：多體動力學與控制
MSC重磅出擊,推出真正的多學科仿真引擎MD Nastran
在另外一個MD Nastran多學科耦合的例子中，汽車工程師在運行ADAMS分析懸架系統的同時，可以把懸架的數據作為有限元分析模型的一部分，通過Nastran評估A臂的壽命。
結論
生產商需要對開發的部件和裝配體進行多學科的細致分析以繼續滿足客戶的高需求。MD Nastran廣泛的多學科仿真功能允許制造行業的用戶可以準確分析一系列的多學科耦合問題，對產品的性能有一個準確的預測。另外，MD Nastran利用64位處理器通過多學科耦合功能，分析數百萬個自由度的部件和裝配體模型，既準確又快速。MD Nastran的強大功能使得用戶距離將來的虛擬產品開發環境更進一步
展開 Optimus-過程集成與多學科優化平臺
Optimus-過程集成與多學科優化平臺
比利時NOESIS SOLUTION公司的OPTIMUS是世界知名的過程集成與設計優化（PIDO）工具，采用圖形操作界面，可快速整合產品設計過程中的各種CAD/CAE軟件，實現自動化的仿真、方案對比，尋求性能最優的設計參數方案。
產品介紹
OPTIMUS針對多學科的設計參數進行分析以及優化，基于圖形化的用戶界面或者Python程序調用進行仿真流程集成、試驗設計、響應面建模、參數最優化設計以及魯棒性與可靠性分析設計等，提高產品合格率及可靠性，同時降低生產成本，提高整體的經濟效益。
? 多學科仿真流程及自動化運行
綜合考慮力、熱、聲、電、磁等多個學科的約束條件及優化目標，把用于CAD建模、前后處理工具、求解器等軟件/程序按照分析流程的執行順序管理起來，在同一平臺下自動調用各工具執行多學科耦合仿真分析。
? 試驗設計
基于數學理論的實驗設計方法，科學地確定試驗或仿真方案中的參數組合，采用最少量的具有代表性的試驗方案，快速探索整個設計空間，獲得足夠的對比分析數據。對于包含多種方案的實驗數據或仿真數據，定量地分析得到各設計參數對產品性能的影響程度、設計參數與產品性能之間的關系。
? 響應面建模
在試驗設計的基礎上，進一步建立設計參數與產品性能之間的數學關系，以快速預測產品性能，提供信賴域功能幫助用戶進行快速方案設計。
? 設計優化
結合全局尋優算法與局部尋優算法，快速精確獲得滿足設計要求的最優設計參數組合及性能指標。支持在已構建的多個響應面模型上優化，并提供多種自帶響應面建模的優化算法。
展開 Optimus—多學科仿真集成與優化設計平臺
Optimus是比利時Noesis Solutions公司專注研發的一款多學科仿真集成與優化設計軟件產品。通過Optimus平臺，可管理多學科的仿真流程及數據，自動顯示和探索設計空間，進行產品設計過程中的自動性能優化，實現多學科、多指標參數的均衡優化，能對產品設計部門的設計變更給出明確指導意見，在提高產品性能的同時降低成本、縮短設計時間。
產品介紹
多學科仿真流程集成
多學科仿真流程集成是進行自動化優化迭代的基礎，是實現多學科協同的前提條件。Optimus支持對常用汽車領域三維建模、有限元仿真分析工具進行集成與調用，將不同部門、不同專業的仿真工具集成起來，比如結構、碰撞、NVH、熱、流體、電、磁、光學等學科的仿真工具，在同一平臺下自動調用各工具，執行多學科耦合仿真分析。
試驗設計
科學地確定試驗或仿真方案中的參數組合，采用少量代表性的試驗方案，快速探索整個設計空間，實現參數的靈敏度分析、相關性分析，辨別關鍵參數，幫助用戶深入了解設計問題。
代理模型
基于試驗設計/實驗測試得到的數據，建立反映設計參數與產品性能之間關系的近似模型，以數字化模型替換耗時仿真，大幅度提高優化效率。
優化設計
具有完備的、經驗證的企業級優化算法庫以及開放的用戶優化算法接口，適合求解設計參數、設計目標和約束個數較多的復雜實際工程問題，能實現基于代理模型快速優化、基于仿真工作流優化、可靠性優化、多級別優化和組合優化。
參數標定
當仿真模型不準確時，可以用實驗數據對仿真模型進行標定。
展開 
汽車領域多學科優化設計解決方案--Optimus
汽車設計是一項復雜的系統工程，涉及多個學科專業領域，包括結構、碰撞、NVH、熱、電池、光學等多學科的協同設計，不同學科之間數據難以傳遞，基于經驗的人工試錯優化過程導致研發周期長、研發成本高。
圖1 汽車領域多學科優化設計
經緯恒潤基于Optimus工具提供多學科優化設計解決方案。Optimus是比利時Noesis Solutions公司著名的多學科過程集成和優化設計軟件產品。通過Optimus軟件，可管理多學科的仿真流程及數據，自動顯示和探索設計空間，實現產品設計過程中的自動性能優化，并且實現多學科、多指標參數的均衡優化，能對產品設計部門的設計變更給出明確指導意見，在提高產品性能的同時降低成本、縮短設計時間。
圖2 多學科過程集成和優化設計軟件--Optimus
Optimus功能模塊
Optimus具備仿真流程集成、試驗設計、創建代理模型、優化設計、可靠性和魯棒性優化等功能。
? 多學科仿真流程集成
多學科仿真流程集成是進行自動化優化迭代的基礎，是實現多學科協同的前提條件。Optimus可以實現對常用汽車領域CAD/CAE工具的集成與調用，將不同部門、不同專業的仿真工具集成起來，比如結構、碰撞、NVH、熱、流體、電、磁、光學等學科的仿真工具，在同一平臺下自動調用各工具執行多學科耦合仿真分析。
圖3 Optimus仿真流程集成界面
? 試驗設計
科學地確定試驗或仿真方案中的參數組合，采用少量代表性的試驗方案，快速探索整個設計空間，實現參數的靈敏度分析、相關性分析，辨別關鍵參數，幫助用戶對設計問題有更深入的了解。
展開 Optimus—多學科仿真集成與優化設計平臺
Optimus是比利時Noesis Solutions公司專注研發的一款多學科仿真集成與優化設計軟件產品。通過Optimus平臺，可管理多學科的仿真流程及數據，自動顯示和探索設計空間，進行產品設計過程中的自動性能優化，實現多學科、多指標參數的均衡優化，能對產品設計部門的設計變更給出明確指導意見，在提高產品性能的同時降低成本、縮短設計時間。
產品介紹
?? 多學科仿真流程集成
多學科仿真流程集成是進行自動化優化迭代的基礎，是實現多學科協同的前提條件。Optimus支持對常用汽車領域三維建模、有限元仿真分析工具進行集成與調用，將不同部門、不同專業的仿真工具集成起來，比如結構、碰撞、NVH、熱、流體、電、磁、光學等學科的仿真工具，在同一平臺下自動調用各工具，執行多學科耦合仿真分析。
?? 試驗設計
科學地確定試驗或仿真方案中的參數組合，采用少量代表性的試驗方案，快速探索整個設計空間，實現參數的靈敏度分析、相關性分析，辨別關鍵參數，幫助用戶深入了解設計問題。
?? 代理模型
基于試驗設計/實驗測試得到的數據，建立反映設計參數與產品性能之間關系的近似模型，以數字化模型替換耗時仿真，大幅度提高優化效率。
展開 多學科協同仿真管理平臺SDMan
多學科協同仿真管理平臺SDMan針對多學科多專業的計算機仿真數據進行結構化管理、對仿真流程進行規范化管理、對仿真工具進行集成管理，實現多學科仿真過程的協同管理。平臺通過仿真流程管理功能實現多學科仿真任務的策劃，分配仿真任務給各學科的專業分析人員，實現任務之間的仿真數據傳遞。通過仿真流程模板可定義多學科耦合的仿真流程，支持串行、并行等流程執行方式。通過數據管理功能實現仿真過程數據的存儲、檢索、數據譜系和多方案多工況的對比。實現管理者、專業分析人員之間的多學科仿真任務協同和數據協同。
平臺提供基于B/S（瀏覽器/服務器）架構的Web訪問，以及基于C/S（客戶端/服務器）架構的本地客戶端訪問。Web訪問方式方便管理者通過瀏覽器對仿真項目的管理、仿真任務的策劃、資源的調配、仿真過程的監控、仿真文件的查看等。本地客戶端方式貼合仿真分析工程師的日常工作環境，可在客戶端集成仿真環境中調用封裝的工具軟件、執行仿真任務、上傳仿真結果等工作。
功能特色
功能特色
多學科協同仿真管理平臺核心的功能模塊包括仿真流程管理、仿真數據管理以及仿真工具集成，同時平臺具備仿真知識管理功能，用于管理仿真規范、仿真模板、仿真材料等，平臺可集成高算資源，仿真流程中的仿真求解任務可提交到高算平臺上。平臺具備完善的權限管理配置功能，滿足三員管理及保密功能。
多學科協同仿真管理平臺的核心功能模塊見下圖。
展開 PIDO智能仿真 | 基于optiSLang的渦輪葉片多學科耦合優化設計
在渦輪冷卻設計中涉及到眾多的設計參數選擇和優化問題，目前優化技術越來越多的成為產品創新設計中的重要環節；基于高精度的流熱固耦合仿真計算和各類數學優化算法的大規模HPC并行計算，對提升渦輪葉片冷卻設計效果無疑將起到重要的推動作用。工程師在渦輪冷卻葉片初步設計方案的基礎上，建立其流熱固耦合仿真模型，以各冷卻通道位置、壁厚、各回路冷氣用量、局部冷卻特征（如柱肋、氣膜孔）參數為設計變量，以渦輪葉片整體降溫需求為約束，以最少冷氣量為目標，利用優化算法不斷改進上述設計變量直到獲得最佳設計方案：
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基于Ansys Workbench的流熱固耦合仿真
渦輪葉片在工作過程中，高溫燃氣、渦輪冷卻葉片、冷卻氣體間存在實時對流換熱，氣動載荷和溫度載荷等會導致渦輪冷卻葉片發生變形，因此渦輪冷卻葉片是一個典型的流-熱-固耦合分析問題。
基于Ansys Workbench平臺用戶可方便的搭建流-熱-固耦合仿真分析流程，首先對葉片進行幾何前處理、流體域/固體域網格劃分，然后在Ansys CFX中進行流-熱耦合計算，最后導入靜力學分析模塊Static Structural進行流-熱-固耦合分析。用戶還可根據需要進行后續的疲勞、蠕變分析等。Ansys為用戶進行渦輪葉片流-熱-固耦合仿真提供了極大的便利！
展開 PIDO智能仿真 | 基于optiSLang的渦輪葉片多學科耦合優化設計
在渦輪冷卻設計中涉及到眾多的設計參數選擇和優化問題，目前優化技術越來越多的成為產品創新設計中的重要環節；基于高精度的流熱固耦合仿真計算和各類數學優化算法的大規模HPC并行計算，對提升渦輪葉片冷卻設計效果無疑將起到重要的推動作用。
工程師在渦輪冷卻葉片初步設計方案的基礎上，建立其流熱固耦合仿真模型，以各冷卻通道位置、壁厚、各回路冷氣用量、局部冷卻特征（如柱肋、氣膜孔）參數為設計變量，以渦輪葉片整體降溫需求為約束，以最少冷氣量為目標，利用優化算法不斷改進上述設計變量直到獲得最佳設計方案：
1、基于Ansys Workbench的流熱固耦合仿真
渦輪葉片在工作過程中，高溫燃氣、渦輪冷卻葉片、冷卻氣體間存在實時對流換熱，氣動載荷和溫度載荷等會導致渦輪冷卻葉片發生變形，因此渦輪冷卻葉片是一個典型的流-熱-固耦合分析問題。
基于Ansys Workbench平臺用戶可方便的搭建流-熱-固耦合仿真分析流程，首先對葉片進行幾何前處理、流體域/固體域網格劃分，然后在Ansys CFX中進行流-熱耦合計算，最后導入靜力學分析模塊Static Structural進行流-熱-固耦合分析。用戶還可根據需要進行后續的疲勞、蠕變分析等。Ansys為用戶進行渦輪葉片流-熱-固耦合仿真提供了極大的便利！
展開 從裝載機到電動車，多學科求解器平臺如何拓展仿真邊界
作為計算智能領域的全球領導者之一，Altair 的多物理場仿真平臺可以一站式提供一整套覆蓋結構、流體、熱、電磁、動力學等多物理場的仿真工具，高效模擬產品在真實環境中的運行表現，并通過 AI 驅動 + HPC 加速 + 數值優化，實現更快、更準、更低成本的工程決策支持。
在結束不久的 2025 區域技術交流會上，Altair 技術總監趙陽從實際應用場景出發，系統地介紹了多物理場仿真的方法、工具和案例。下面讓我們一起回顧：Altair 是如何通過一體化仿真平臺，助力企業打通設計與驗證的壁壘吧！
1.多學科集成仿真，從一個裝載機說起
裝載機的工作過程其實是一個非常典型的多學科耦合場景，涉及：
復雜的機構運動和動力學過程；
受載結構的剛度、強度與疲勞性能分析；
環境中散料（顆粒）造成的外部載荷影響；
電液控制系統的聯合設計與驗證。
過去我們做仿真時，會把這些問題“拆開做”：先估算載荷，再做機構仿真，然后進行結構分析。但這并不能完整地還原實際運行中的交互關系。
在 Altair 的平臺中，這些環節不再割裂，而是可以實現真實工況下的整體建模與聯動分析。
模擬真實散料載荷的機電液聯合更真實的系統仿真
2.機械系統仿真：從單體運動到核心部件建模
我們都很熟悉傳統的運動仿真，為了實現更好的仿真實踐，運動中有很重要的兩點：軸承和齒輪。每個旋轉機械，都有軸承。傳動一般為液壓傳動、齒輪傳動或機械傳動。這兩個部件，既是承載的、又是受載的。如何進行精準的分析，需要好的工具。
展開 TISC—系統多學科協同仿真平臺
德國TLK-Thermo GmbH公司的TISC是一款實現多學科物理協同仿真的平臺工具，它提供了一個標準的協同仿真環境，支持本地、遠程以及分布式仿真，能將各仿真客戶端有效連接起來并進行同步和控制，被廣泛應用于汽車、家電等領域。
產品介紹
—TISC平臺架構
TISC平臺在應用中有兩個層級：仿真層和控制層。仿真層是利用TISC-Center的Simulation Server將存在于各仿真軟件中的多學科模型進行集成耦合，確保接口的數據同步與交互；控制層是利用TISC-Center的Control-Server對參與聯合仿真的分布式計算機進行管理和控制，統一調度仿真步調，確保仿真過程有序進行。
—TISC平臺特點
TISC平臺是一個多學科物理協同聯合仿真管理和調度中心，具有以下特點：
支持軟硬件交互：支持通過TCP/IP實現與仿真模型的耦合，支持通過網關實現與硬件耦合
支持跨平臺聯仿：支持Windows、Linux、UNIX等不同操作系統之間的聯仿
支持多學科聯仿：支持各學科專業軟件之間的聯仿
支持一三維聯防：支持系統仿真軟件和三維CAE軟件的聯仿
支持分布式聯仿：支持多計算機之間的聯仿
支持仿真可視化：支持在仿真過程中觀測數值變化
支持擴展開發：提供C、C++、C#、Python及Fortran等開發接口，支持定制商業軟件接口開發
—TISC平臺支持的CAE軟件
TISC支持絕大多數的CAE仿真軟件，軟件涵蓋了工程各領域，其中*為用戶定制專業軟件接口。
展開 
一文了解基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化
效率和損耗map圖
峰值轉矩/轉速曲線
連續轉矩/轉速曲線
開路和短路試驗
DQ 電感曲線計算
多工況銅損、鐵損、永磁體渦流損耗計算
03電機多學科多目標優化設計
利用Motor-CAD與optiSLang之間的接口可以方便的實現電機多學科、多工況、多目標優化設計。
電機效率與成本優化
電機連續轉矩密度/功率密度優化
電機散熱結構優化
電機轉子減重與結構強度優化
電機轉矩脈動與齒槽轉矩優化
電機峰值扭矩/峰值功率優化
基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化能實現什么？
Ansys Motor-CAD是目前全球范圍內唯一包含電磁、熱、機械的專業電機多學科設計工具，它同時兼顧了計算速度與精度，可在最短時間內完成電機初始方案設計，結合強大的Ansys optiSLang優化工具，使得電機工程師在設計初期對電磁、熱、機械性能進行快速綜合優化的夢想成為可能。
展開 iSIGHT多學科優化應用: NASA太空望遠鏡(NGST)熱、結構、光學多學科優化
典型的多學科優化設計問題：
光學：CODE V® optical software
結構：MSC/NASTRAN® structural analyzer
熱： SINDA/FLUINT and Thermal Desktop thermal design system.
optiOpt-ICES2002b_SINDA.pdf
行業分享丨從裝載機到電動車，多學科求解器平臺如何拓展仿真邊界
? 應用4、電子散熱與電熱耦合分析
電子設備和新能源車都非常關注散熱問題。我們可以進行：
芯片散熱仿真；
整車熱管理仿真；
車燈熱仿真；
電池模組熱仿真等。
同時支持結構耦合，評估熱應力引起的變形與材料疲勞。
? 應用5、系統級流體仿真
除了詳細 CFD 分析外，我們也支持系統級建模方式，如一維系統建模和異維建模。
可以用于：
整車熱管理系統建模；
冷卻系統中冷卻液流速分布；
散熱器、水泵、風扇等設備之間的系統響應仿真。
這類仿真尤其適合初期設計階段，幫助快速評估系統設計是否合理。
? 應用6、多物理場耦合能力
Altair 的一大優勢是支持多物理場耦合，例如：
流固耦合：液體對結構載荷的影響；
電熱耦合：電流引起溫升，進而引起熱脹冷縮與熱應力；
熱流耦合：熱傳導與空氣對流協同分析。
這類耦合能力幫助用戶更貼近真實物理工況。
7.One Solver 戰略與平臺整合
Altair 近年來正在持續推進 “One Solver” 戰略。目標是：
在一個統一平臺下，整合結構、流體、動力學、熱、電磁等多個求解能力，避免用戶在多個軟件間切換。為此我們做了很多努力，比如：
在 OptiStruct 中內建顯式非線性模塊，減少對 Radioss 封裝的依賴；
多個求解器統一數據格式；
SimLab 平臺可以同時調用多個求解器進行耦合；
建立流程化工具箱，簡化行業用戶上手門檻。
希望未來無論你是在做結構、流體、電磁還是耦合仿真，都能在同一個平臺上完成，從而大大提升建模效率、仿真一致性和結果可追溯性。
展開 行業應用方案 | 基于Motor-CAD的電機快速多學科設計與優化
Motor-CAD結合了磁路法與電磁場有限元法，兼顧了理論深度與計算精度，豐富的結果后處理幫助用戶深入、全面的分析和理解電機各種電磁性能參數
Motor-CAD集成的熱分析模塊實現了電機電磁-熱雙向快速耦合分析，其內置20 年積累的豐富電磁熱計算經驗數據為計算精度提供了有力保證
Motor-CAD與optiSLang之間可以借助于集成的向導插件或Python腳本進行耦合，實現電機多學科、多工況、多目標快速綜合優化
Motor-CAD內置的分析模塊提供快速和足夠高精度的算法，幫助用戶減少電機概念設計，初始設計和詳細設計之間多余的往復迭代，加快電機產品研發周期；其內置的各種類型的全參數化電機設計模板、電機設計專家經驗數據、豐富專業的前、后處理功能，即使是擁有電機基本專業知識的普通工程師也可快速、高效、合理地設計高性能電機。
展開 