MSC CoSim
關注創建者：海克斯康設計與仿真 創建時間：2021-07-19
MSC CoSim的實例教程
使用聯合仿真技術進行無人直升機的流體-結構-聲學仿真設計
雅馬哈發動機公司基于 MSC CoSim聯合仿真模塊來全面評估無人直升機“FAZER R”的性能（圖 1）。MSC CoSim提供了一個聯合仿真的接口，可將不同求解器/學科與多物理場雙向強耦合起來。使用MSC CoSim，雅馬哈能夠通過交互傳輸數據的多學科軟件產品同時執行多項分析。
MSC CoSim的優勢之一是用戶能夠輕松地在不同的軟件工具之間無縫切換。這使得運動部件與結構部件、結構部件與流體區域，以及運動部件與流體區域的耦合分析變得更方便快捷，并真實反映物理世界中發生的實際情況。
在分析 FAZER R 無人機時，雅馬哈使用MSC Nastran和scFLOW進行了結構流體聯合仿真，模擬轉子產生的氣流和轉子變形。然后，進一步使用MSC 的聲學分析軟件工具 Actran 來計算由轉子引起的流體噪聲。
MSC CoSim以多種方式確保了準確性和穩定性。例如，CoSim在源代碼級別針對 MSC Nastran 和 scFLOW 進行了優化，可提供卓越的穩定性。同時，對于 MSC Nastran 和 scFLOW，盡管它們需要不同類型的網格，但高精度的映射技術使它們能夠交換位移和流體力等數據。此外，在 scFLOW 2021 中，用于網格變形速度比早期版本快得多，從而進一步提高了聯合仿真的準確性和速度。
基于MSC CoSim，雅馬哈發動機通過流-固-聲學仿真對工業用無人直升機的性能進行綜合評估，如圖2所示：
圖 2
分析過程
雅馬哈發動機公司使用以下程序做性能驗證（圖 2）：
1. 使用聯合仿真高精度分析氣流以生成氣動聲源。
展開 使用聯合仿真技術進行無人直升機的流體-結構-聲學仿真設計
雅馬哈發動機公司基于 MSC CoSim聯合仿真模塊來全面評估無人直升機“FAZER R”的性能（圖 1）。MSC CoSim提供了一個聯合仿真的接口，可將不同求解器/學科與多物理場雙向強耦合起來。使用MSC CoSim，雅馬哈能夠通過交互傳輸數據的多學科軟件產品同時執行多項分析。
MSC CoSim的優勢之一是用戶能夠輕松地在不同的軟件工具之間無縫切換。這使得運動部件與結構部件、結構部件與流體區域，以及運動部件與流體區域的耦合分析變得更方便快捷，并真實反映物理世界中發生的實際情況。
在分析 FAZER R 無人機時，雅馬哈使用MSC Nastran和scFLOW進行了結構流體聯合仿真，模擬轉子產生的氣流和轉子變形。然后，進一步使用MSC 的聲學分析軟件工具 Actran 來計算由轉子引起的流體噪聲。
MSC CoSim以多種方式確保了準確性和穩定性。例如，CoSim在源代碼級別針對 MSC Nastran 和 scFLOW 進行了優化，可提供卓越的穩定性。同時，對于 MSC Nastran 和 scFLOW，盡管它們需要不同類型的網格，但高精度的映射技術使它們能夠交換位移和流體力等數據。此外，在 scFLOW 2021 中，用于網格變形速度比早期版本快得多，從而進一步提高了聯合仿真的準確性和速度。
基于MSC CoSim，雅馬哈發動機通過流-固-聲學仿真對工業用無人直升機的性能進行綜合評估，如圖2所示：
圖 2
分析過程
雅馬哈發動機公司使用以下程序做性能驗證（圖 2）：
1. 使用聯合仿真高精度分析氣流以生成氣動聲源。
展開 關于第一種方式最近Hexagon/MSC 組織了一系列的網絡研討會，供大家學習討論。第三種方式網上相關的教程也較多，此處不再贅述。
2.2 FMI第三方格式說明
FMI的全稱是Functional Mock-Up Interface，是一種開放式標準，在不依賴于工具的情況下交換和集成不同工具供應商提供的被控對象模型，擁有co-sim及model-exchange兩種模式。也就是說，只要是支持這種標準的軟件，都是可以實現聯合仿真的。
目前Adams支持FMI1.0/2.0的co-sim（master and slave），和model-exchange（master）。由于FMI能夠覆蓋更多的軟件工具，建議用戶多嘗試此方法。2.1節中的幾款軟件也都可以通過FMI形式進行聯合仿真。關于FMI的導入或者導出，各軟件都有詳細的說明及操作實例，此處不再贅述。
2.3 與Marc/Cradle/EDEM
Marc是MSC非線性有限元的重要產品，目前通過MSC Cosim軟件模塊或者通過Adams Co-Simulation Interface這個模塊實現與Adams的聯合仿真。典型的應用場景有懸架誤用工況載荷分析，電池包刮底等。
Cradle是MSC流體的重要產品，目前通過MSC Cosim軟件模塊可以實現與Adams的聯合仿真，典型的應用場景有側風穩定性分析。
EDEM是Altair的產品，用于做離散元分析。目前通過Adams Co-Simulation Interface這個模塊可以實現與Adams的聯合仿真。典型的應用場景有挖掘機鏟土過程模擬等。
2.4 其他軟件
對于其他軟件，有兩種聯合的思路。
展開 03
與Marc/Cradle/EDEM
Marc是海克斯康非線性有限元的重要產品，目前通過MSC Cosim軟件模塊或者通過Adams Co-Simulation Interface這個模塊實現與Adams的聯合仿真。典型的應用場景有懸架誤用工況載荷分析，電池包刮底等。
圖2 Adams-Marc誤用工況分析
Cradle是海克斯康流體的重要產品，目前通過MSC Cosim軟件模塊可以實現與Adams的聯合仿真，典型的應用場景有側風穩定性分析。
EDEM可以用于做離散元分析，通過AdamsCo-Simulation Interface這個模塊可以實現與Adams的聯合仿真。典型的應用場景有挖掘機鏟土過程模擬等。
圖3 Adams-Edem挖掘過程模擬
04
其他軟件
對于其他軟件，有兩種聯合的思路。
（1）借助中間軟件，比如Simulink來作為數據交換的平臺，實現此軟件與Adams的聯合。
（2）開發第三方的插件，類似2.3章節中的Adams co-simulation interface模塊。
Part2
Adams端聯合仿真
01
Adams端聯合仿真
Adams與其他軟件Co-sim的一般流程如下圖所示。
圖4 聯合仿真數據流
Adams端需要實現的功能有：
（1）將位移輸出至output_xls，供其他軟件調用；
（2）使用gforce引用input_xls中的數據。
02
實現方法
用子程序（subroutine）的方法實現上述功能。此例實現的功能是：
（1）指定marker點，獲取Dz，Vz，并將值寫到excel中去。
（2）將sforce的值賦為1.55N（實際中應從表格中讀取，此處未展示）。
展開 圖 4
Adams和Marc（v18.1）之間的耦合是使用MSC CoSim v1.6建立的。開發MSC CoSim，就是為了提供一個聯合仿真接口，以便在多物理框架內直接耦合不同的求解器/學科。Adams的.ADM和.ACF文件以及Marc的.DAT文件都被導入CoSim界面。
Adams分析條件包括500g的不平衡衣物載荷，用于觸發振動。電機的最大轉速設置為1300rpm。對兩種不同的墊圈幾何，評估了兩種Marc具體情況，帶和不帶側肋。
圖 5
從聯合仿真的結果（圖5）可以看出，相比于襯套模型，滾筒的加速度/位移提高了，而框架前部
受力減小了
。
可以基于對兩種墊圈設計的模擬指標（例如，總應變和接觸法向力）的直接比較來做出設計決策。通過聯合仿真探索洗衣機的動力學特性，已幫助三星在系統和組件級別上獲得了設計見解。三星聯合仿真之旅的下一步，將涉及更深入的基于仿真的探索，利用最優化的聯合仿真分析條件集進行減振和魯棒性設計。
展開 
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03
與Marc/Cradle/EDEM
Marc是海克斯康非線性有限元的重要產品，目前通過MSC Cosim軟件模塊或者通過Adams Co-Simulation Interface這個模塊實現與Adams的聯合仿真。典型的應用場景有懸架誤用工況載荷分析，電池包刮底等。
耦合通常通過協同仿真平臺實現，例如MSC CoSim，該平臺允許用戶探索兩個物理場以上的多個物理場仿真。
特別是，Cradle CFD可以與通用聲學軟件Actran結合使用。Actran提供強大的氣動聲學和振動聲學分析功能，以及耦合氣動振動聲學的創新功能，允許模擬與HVACR相關的分析，如風扇噪音。
使用聯合仿真技術進行無人直升機的流體-結構-聲學仿真設計
雅馬哈發動機公司基于 MSC CoSim聯合仿真模塊來全面評估無人直升機“FAZER R”的性能（圖 1）。MSC CoSim提供了一個聯合仿真的接口，可將不同求解器/學科與多物理場雙向強耦合起來。使用MSC CoSim，雅馬哈能夠通過交互傳輸數據的多學科軟件產品同時執行多項分析。
Adams和Marc（v18.1）之間的耦合是使用MSC CoSim v1.6建立的。開發MSC CoSim，就是為了提供一個聯合仿真接口，以便在多物理框架內直接耦合不同的求解器/學科。Adams的.ADM和.ACF文件以及Marc的.DAT文件都被導入CoSim界面。
Adams分析條件包括500g的不平衡衣物載荷，用于觸發振動。電機的最大轉速設置為1300rpm。
2.3 與Marc/Cradle/EDEM
Marc是MSC非線性有限元的重要產品，目前通過MSC Cosim軟件模塊或者通過Adams Co-Simulation Interface這個模塊實現與Adams的聯合仿真。典型的應用場景有懸架誤用工況載荷分析，電池包刮底等。
使用聯合仿真技術進行無人直升機的流體-結構-聲學仿真設計
雅馬哈發動機公司基于 MSC CoSim聯合仿真模塊來全面評估無人直升機“FAZER R”的性能（圖 1）。MSC CoSim提供了一個聯合仿真的接口，可將不同求解器/學科與多物理場雙向強耦合起來。使用MSC CoSim，雅馬哈能夠通過交互傳輸數據的多學科軟件產品同時執行多項分析。
圖 4
Adams和Marc（v18.1）之間的耦合是使用MSC CoSim v1.6建立的。開發MSC CoSim，就是為了提供一個聯合仿真接口，以便在多物理框架內直接耦合不同的求解器/學科。Adams的.ADM和.ACF文件以及Marc的.DAT文件都被導入CoSim界面。
Adams分析條件包括500g的不平衡衣物載荷，用于觸發振動。
