abaqus高速仿真的案例
基于ABAQUS的金屬管高速碰撞的動力學仿真分析
因此本文以金屬圓管為對象，通過動力顯示求解高速碰撞過程中的應(yīng)力應(yīng)變來分析金屬圓管相互碰撞造成的后果，為碰撞或跌落仿真分析提供一定的參考。
2仿真問題描述
金屬管一端突然斷裂，失去受力后會高速旋轉(zhuǎn)，撞擊到相鄰的金屬管路，引發(fā)工業(yè)生產(chǎn)事故、因此需要對相鄰的兩個管道在撞擊時的應(yīng)力、應(yīng)變及變形加以提前預(yù)測。本次分析對象為圖1所示的兩條金屬管的幾何模型，管直徑6.5mm，厚度0.4mm。長度為50mm。假設(shè)固定一管的兩端，另一管的一端位移自由度被約束，另一端自由。本案例中設(shè)置管道間為相互垂直關(guān)系，因此模型整體為對稱結(jié)構(gòu)，故可以建立對稱模型進行動力學分析。
圖1幾何模型
3仿真設(shè)備基本參數(shù)
仿真運算時間很大程度上取決于計算機性能的高低，本案例進行的金屬管撞擊仿真試驗運行的計算機平臺如下表1所示。
Table1 parameters of simulation
CPU
NCPU
Memory
Frequency
Intel（R）Xeon（R）i7 6300
8
9.7GB
3.29GHz
4 ABAQUS建模過程
本案例的幾何模型建立是通過ug10.0三維建模軟件完成的，模型以文本格式導(dǎo)入ABAQUS2017仿真軟件上進行后續(xù)的有限元仿真分析操作。在仿真中，金屬管選用SHELL單元，網(wǎng)格劃分如圖2所示。通過Create Material命令對材料參數(shù)進行賦予，金屬管道的材料本構(gòu)及參數(shù)如表2所示。在此過程中，仿真的單位制需要格外注意統(tǒng)一，以避免仿真最終結(jié)果的準確性。
展開 STAR-CCM+ & Abaqus 聯(lián)合仿真：圓柱體高速入水雙向流固耦合 ￥700
【全套源文件】STAR-CCM+ & Abaqus 聯(lián)合仿真：圓柱體高速入水雙向流固耦合(FSI)深度解析
【相關(guān)領(lǐng)域】：船舶與海洋工程、兵器科學、航空航天等跨域問題
【軟件版本】：STAR-CCM+ 2406 ABAQUS 202X以上
本人研究方向為海洋航行器跨域多物理場耦合，指導(dǎo)過多位相關(guān)專業(yè)碩士博士研究生，科研項目經(jīng)驗豐富。
1. 算例簡介
本資源針對高速入水沖擊這一強非線性流固耦合難題，提供了一套完整的 STAR-CCM+ (CFD) + Abaqus隱式協(xié)同仿真（Co-Simulation）解決方案。
算例成功復(fù)現(xiàn)了圓柱體入水過程中的空泡演化、入水沖擊載荷突變以及結(jié)構(gòu)體的動態(tài)應(yīng)變響應(yīng)，解決了FSI計算中常見的“網(wǎng)格負體積”與“耦合面數(shù)據(jù)傳遞發(fā)散”問題。
2. 核心技術(shù)亮點
? 雙向耦合機制 (2-Way FSI)：實現(xiàn)流體壓力場與固體位移場的實時雙向數(shù)據(jù)交換，非單向弱耦合。
? 動態(tài)網(wǎng)格技術(shù)：采用 重疊網(wǎng)格技術(shù)處理圓柱體的高速大位移運動，有效避免動網(wǎng)格重構(gòu)導(dǎo)致的質(zhì)量下降。
? 精準空泡捕捉：VOF 多相流模型配合空化模型，清晰捕捉空泡壁面分離、擴張及表面閉合現(xiàn)象。
? 收斂性優(yōu)化：針對高速沖擊工況，優(yōu)化了耦合時間步與內(nèi)迭代策略，確保計算穩(wěn)定。
3. 資源包清單（所見即所得）
CFD 模型 (.sim)：STAR-CCM+ 原文件，包含完整的網(wǎng)格劃分、VOF設(shè)置、重疊網(wǎng)格及協(xié)同仿真接口設(shè)置。
FEA 模型 (.inp)：Abaqus 輸入文件，包含材料屬性、網(wǎng)格、分析步及 Co-simulation定義。
技術(shù)說明文檔 (PDF) 。
4. 適合人群
正在被流固耦合“負體積報錯、不收斂”折磨的碩士和博士研究生。
需要做入水、出水航行體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的研究人員。
附注： 本算例模型已調(diào)通。
展開 報名 | 仿真助力新基建——構(gòu)建信息高速路和能源高速路
拓展5G應(yīng)用，加強新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動信息高速公路的落地；隨著新能源汽車的發(fā)展，組建全球能源互聯(lián)，使能源得到更合理的分配且在傳輸過程中更加高效環(huán)保，也都是新基建聚焦的要點。
而在這些熱點技術(shù)趨勢的背后，計算機仿真技術(shù)的身影無處不在，毋庸置疑，它是創(chuàng)造產(chǎn)品、實現(xiàn)創(chuàng)新、突破限制的必備工具。通過幫助企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品研發(fā)流程，解決新的重大業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)。6月23日，Ansys受邀參與由工信部華信研究院主辦的《制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級公益直播》，將推出『仿真助力新基建——構(gòu)建信息高速路和能源高速路』主題直播。屆時將與各位分享新科技浪潮中的機遇與挑戰(zhàn)、企業(yè)仿真體系建設(shè)以及如何抓住數(shù)字創(chuàng)新的新機遇，不斷提升自身的仿真體系建設(shè)水平等思考。
會議簡介
本場直播將從以下幾個方面，闡述面向未來轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)的企業(yè)，如何提升自身的仿真能力，建設(shè)自己的仿真體系以及仿真如何助力信息高速路和能源高速路的建設(shè)。
1. 新科技浪潮中實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型將面臨的挑戰(zhàn)
2. 仿真技術(shù)的發(fā)展歷史與未來趨勢
3. 企業(yè)仿真體系能力框架與建設(shè)思路
4. 仿真助力信息高速路建設(shè)，實現(xiàn)高性能信號傳輸、存儲與處理
5. 仿真助力能源高速路建設(shè)，實現(xiàn)安全可靠的超高壓輸電系統(tǒng)
時間：6月23日（周二），20:00-21:00
費用：免費
講師簡介：
丁海強，Ansys中國首席技術(shù)官，1998 年加入Ansoft 公司，2005 年任Ansoft 公司技術(shù)經(jīng)理，ANSYS并購Ansoft之后一直擔任ANSYS公司技術(shù)總監(jiān)，長期從事高頻高速設(shè)計產(chǎn)品的技術(shù)支持，在微波電路、天線、高速電路仿真方面具有豐富的經(jīng)驗。
展開 Ansys官方在線研討會 | 仿真助力新基建——構(gòu)建信息高速路和能源高速路
拓展5G應(yīng)用，加強新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動信息高速公路的落地；隨著新能源汽車的發(fā)展，組建全球能源互聯(lián)，使能源得到更合理的分配且在傳輸過程中更加高效環(huán)保，也都是新基建聚焦的要點。
而在這些熱點技術(shù)趨勢的背后，計算機仿真技術(shù)的身影無處不在，毋庸置疑，它是創(chuàng)造產(chǎn)品、實現(xiàn)創(chuàng)新、突破限制的必備工具。通過幫助企業(yè)優(yōu)化產(chǎn)品研發(fā)流程，解決新的重大業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)。本次研討會將與各位分享新科技浪潮中的機遇與挑戰(zhàn)、企業(yè)仿真體系建設(shè)以及如何抓住數(shù)字創(chuàng)新的新機遇，不斷提升自身的仿真體系建設(shè)水平等思考。
培訓(xùn)內(nèi)容：
本場直播將從以下幾個方面，闡述面向未來轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)的企業(yè)，如何提升自身的仿真能力，建設(shè)自己的仿真體系以及仿真如何助力信息高速路和能源高速路的建設(shè)。
1. 新科技浪潮中實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型將面臨的挑戰(zhàn)
2. 仿真技術(shù)的發(fā)展歷史與未來趨勢
3. 企業(yè)仿真體系能力框架與建設(shè)思路
4. 仿真助力信息高速路建設(shè)，實現(xiàn)高性能信號傳輸、存儲與處理
5. 仿真助力能源高速路建設(shè)，實現(xiàn)安全可靠的超高壓輸電系統(tǒng)
培訓(xùn)時長
1小時
培訓(xùn)時間
6月23日（周二）晚上 20:00—21:00
主講講師簡介
丁海強
Ansys中國首席技術(shù)官，1998 年加入Ansoft 公司，2005 年任Ansoft 公司技術(shù)經(jīng)理，ANSYS并購Ansoft之后一直擔任ANSYS公司技術(shù)總監(jiān)，長期從事高頻高速設(shè)計產(chǎn)品的技術(shù)支持，在微波電路、天線、高速電路仿真方面具有豐富的經(jīng)驗。現(xiàn)任Ansys 中國區(qū)CTO, 協(xié)助在數(shù)字化平臺建設(shè)、仿真分析能力提升等方面提供幫助。
展開 
電機設(shè)計及電機仿真APP系列之——高速永磁同步電機仿真APP介紹
用戶可通過調(diào)整仿真參數(shù)，快速得到電機的響應(yīng)和性能參數(shù)，從而進行針對性的優(yōu)化和改進。借助仿真APP，可大大減少電機設(shè)計迭代次數(shù)和成本，提高測試效率和準確性。
對了，此APP非彼APP，不用下載安裝，直接瀏覽器（手機也可以）打開，調(diào)整各項參數(shù)（定轉(zhuǎn)子、定子槽尺寸等）就可以在線云端計算，非常方便哦。如果不符合要求，還可以個性化定制，資深電機設(shè)計仿真工程師幫你搞定。
小編整理了10款不同類型的電機仿真APP，介紹給大家，請查看：https://www.yqgqt.org.cn/post/1953876
下面給大家介紹一款好用的“高速永磁同步電機仿真APP”。
高速永磁同步電機作為一種先進的電機技術(shù)，它具有高轉(zhuǎn)速、高效率、高功率密度等顯著特點。被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、新能源汽車、航空航天、風力發(fā)電等領(lǐng)域。隨著技術(shù)的不斷進步和市場需求的不斷增加，其性能將不斷優(yōu)化和提升，為各行各業(yè)的發(fā)展提供強有力的支持。
本APP可實現(xiàn)高速永磁同步電機仿真計算，得到電機的磁密云圖、磁鏈、反電動勢、電磁轉(zhuǎn)矩、護套渦流損耗、永磁體渦流損耗、鐵芯損耗等結(jié)果。
參數(shù)設(shè)置
仿真APP計算結(jié)果展示（部分）
立即體驗高速永磁同步電機仿真APP：高速永磁同步電機仿真 - Simapps Store - 工業(yè)仿真APP商店
更多仿真APP，盡在仿真APP商店Simapps Store - 工業(yè)仿真APP商店，歡迎體驗！
展開 HFSS高速仿真性能觸手可及
在最近3年的研發(fā)進程中，Ansys通過代碼和算法優(yōu)化，包括在頻率掃描中僅求解S參數(shù)矩陣，將仿真速度提高了2.5倍。通過采用Ansys建議的最佳實踐設(shè)置策略，一家客戶將內(nèi)部平均仿真時間從96小時縮短到了僅5個小時，顯而易見，在完全不影響仿真結(jié)果的情況下，速度提升了19倍！
試著想象一下，假如你的手機或電腦只需通過簡單的軟件更新，就能將運行速度加快2.5倍甚至20倍，我相信你一定迫不及待地要去更新。
HFSS高速仿真性能觸手可及
本文原刊登于semiwiki.com：《HFSS Performance for “Almost Free” 》
作者：Jim DeLap
編輯整理：平野 | Ansys中國高級技術(shù)支持工程師
每天，工程師都在通過使用仿真技術(shù)來推動新一代產(chǎn)品的交付，以改善人們的日常生活。與此同時，他們也需要花時間等待仿真結(jié)束，期望能夠更快速地得到答案。每當需要夜間等待仿真結(jié)果或是檢查仿真運行狀況時，工程師們可能也只能在手機上看看股票，或是在游戲機上玩一會來打發(fā)時間。而如今實現(xiàn)快速仿真終于夢想照進現(xiàn)實，它猶如在手機上更新最新版本的操作系統(tǒng)，或是更新游戲一樣觸手可及。
當人們的手機、電腦或是游戲機出現(xiàn)問題時，想必會找特定的技術(shù)服務(wù)代表幫忙解決問題。通常，技術(shù)服務(wù)代表提出的第一個問題是：“您運行的是哪個版本的操作系統(tǒng)？”（或許可能 “試過重啟嗎？”是最先被問到的 ??）所以很多時候，軟件其實只需升級到最新版本就能獲得更好的效果，這種情況對于Ansys HFSS等許多仿真軟件產(chǎn)品同樣適用。
Ansys深諳比起耗時間等候仿真結(jié)果，不如把時間用來做出明智的設(shè)計決策更有價值。因此，我們的首要目標之一，就是不斷減少在工具運行上花費的總時間。為了實現(xiàn)該目標，有時需要徹底重構(gòu)我們求解頻率掃描的方法；有時可能是找到在磁盤上存儲數(shù)據(jù)的更好方式，以便用戶更輕松地在存儲器中訪問數(shù)據(jù)；有時也許還意味著對核心計算算法開展新研究。對于個別軟件版本，速度提升可能影響不大，而在另一些版本軟件中其變化極其顯著。
通常，用戶必須依靠企業(yè)集團的IT團隊來更新他們的仿真機器。有時候這些IT部門的更新方法較保守，因而終端用戶很難在自己的機器上使用最新版本的Ansys軟件。
展開 高速工業(yè)汽輪機臨界轉(zhuǎn)速的仿真計算及驗證
摘 要：針對所確定的轉(zhuǎn)子，采用SolidWorks軟件進行模擬仿真。結(jié)果表明：與仿真結(jié)果、高速動平衡試驗結(jié)果相比，汽輪機轉(zhuǎn)子前后軸承測點的臨界轉(zhuǎn)速都在工程允許的5%的誤差范圍內(nèi)。汽輪機轉(zhuǎn)子前后軸承測點的振動變化趨勢與高速動平衡試驗結(jié)果基本一致，驗證了仿真模擬方法的正確性，為高速工業(yè)汽輪機轉(zhuǎn)子的快速開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞：工業(yè)汽輪機;臨界轉(zhuǎn)速;仿真計算;高速動平衡;
隨著國家“雙碳”政策的逐步落實與實施，節(jié)能減排與發(fā)展新能源成為最重要的碳減排路線[1,2]。在此背景下，在鋼鐵、化工及電力等領(lǐng)域，具有較高轉(zhuǎn)速的工業(yè)汽輪機作為能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵設(shè)備，將在余熱回收等環(huán)節(jié)起到極其重要的作用[3,4]。工業(yè)汽輪機不但可以代替由電力驅(qū)動的壓縮機、泵、引風機等旋轉(zhuǎn)機械，還可以利用鋼鐵廠、化工廠、電廠等產(chǎn)生的余熱，提高全廠能源利用率，減少碳排放量，進而達到節(jié)能減排的目的[5,6,7]。
目前，工業(yè)汽輪機的應(yīng)用場景越來越廣泛。其中，常規(guī)工業(yè)汽輪機和高背壓工業(yè)汽輪機的蒸汽參數(shù)差異極大，需要針對不同項目的不同參數(shù)進行定制化生產(chǎn)[8];但是，隨著市場競爭的日趨激烈及技術(shù)的進步，整個工業(yè)汽輪機的制造周期不斷縮短。工業(yè)汽輪機從開始設(shè)計到產(chǎn)品制造完畢，最短可達6個月，平均生產(chǎn)周期為8～10個月，設(shè)計周期從2個月被壓縮到2周左右。這就要求工業(yè)汽輪機生產(chǎn)廠家熟知其系列化產(chǎn)品的特性，能夠快速完成針對具體項目的汽輪機產(chǎn)品的開發(fā)[9,10]。
筆者以某300 MW機組14 MW給水泵汽輪機轉(zhuǎn)子為例，分析在設(shè)計過程中轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速設(shè)置的合理性，并且用現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)進行核算。
1 臨界轉(zhuǎn)速定義及計算分析
轉(zhuǎn)子動力學主要是研究具有軸向?qū)ΨQ特征的結(jié)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)過程中的振動行為。轉(zhuǎn)子的振幅隨轉(zhuǎn)速的增大而增大，到某一轉(zhuǎn)速時發(fā)生劇烈波動，轉(zhuǎn)子的振幅達到最大值，該轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。
展開 HFSS高速仿真性能觸手可及
本文原刊登于semiwiki.com：《HFSS Performance for “Almost Free” 》
作者：Jim DeLap
編輯整理：平野 | Ansys中國高級技術(shù)支持工程師
每天，工程師都在通過使用仿真技術(shù)來推動新一代產(chǎn)品的交付，以改善人們的日常生活。與此同時，他們也需要花時間等待仿真結(jié)束，期望能夠更快速地得到答案。每當需要夜間等待仿真結(jié)果或是檢查仿真運行狀況時，工程師們可能也只能在手機上看看股票，或是在游戲機上玩一會來打發(fā)時間。而如今實現(xiàn)快速仿真終于夢想照進現(xiàn)實，它猶如在手機上更新最新版本的操作系統(tǒng)，或是更新游戲一樣觸手可及。
當人們的手機、電腦或是游戲機出現(xiàn)問題時，想必會找特定的技術(shù)服務(wù)代表幫忙解決問題。通常，技術(shù)服務(wù)代表提出的第一個問題是：“您運行的是哪個版本的操作系統(tǒng)？”（或許可能 “試過重啟嗎？”是最先被問到的 ??）所以很多時候，軟件其實只需升級到最新版本就能獲得更好的效果，這種情況對于Ansys HFSS等許多仿真軟件產(chǎn)品同樣適用。
Ansys深諳比起耗時間等候仿真結(jié)果，不如把時間用來做出明智的設(shè)計決策更有價值。因此，我們的首要目標之一，就是不斷減少在工具運行上花費的總時間。為了實現(xiàn)該目標，有時需要徹底重構(gòu)我們求解頻率掃描的方法；有時可能是找到在磁盤上存儲數(shù)據(jù)的更好方式，以便用戶更輕松地在存儲器中訪問數(shù)據(jù)；有時也許還意味著對核心計算算法開展新研究。對于個別軟件版本，速度提升可能影響不大，而在另一些版本軟件中其變化極其顯著。
通常，用戶必須依靠企業(yè)集團的IT團隊來更新他們的仿真機器。有時候這些IT部門的更新方法較保守，因而終端用戶很難在自己的機器上使用最新版本的Ansys軟件。
展開 VirtualLab Fusion：高速物理光學仿真概念簡介
第二代技術(shù)
? 2017-08-01
? 文件版本1.0
基于場追跡的高速物理光學仿真
在高速物理光學仿真中我們遵循如下策略：
1. 分解：光學系統(tǒng)會被分解成不同區(qū)域，每一個區(qū)域都會應(yīng)用特定的麥克斯韋求解器求解
分解：區(qū)域拆分
專門用于光場追跡的麥克斯韋求解器
基于場追跡的高速物理光學仿真
在高速物理光學仿真中我們會遵循如下策略：
1. 分解：光學系統(tǒng)會被分解成不同區(qū)域，每一個區(qū)域都會應(yīng)用特定的麥克斯韋求解器求解。
2. 交互作用：每一個區(qū)域的解會通過非序列場追跡相互聯(lián)系，在以整個系統(tǒng)中求解麥克斯韋方程組。
局部麥克斯韋求解器的交互關(guān)聯(lián)
基于場追跡的高速物理光學仿真
在高速物理光學仿真中我們會遵循如下策略：
1. 分解：光學系統(tǒng)會被分解成不同區(qū)域，每一個區(qū)域都會應(yīng)用特定的麥克斯韋求解器求解。
2. 交互作用：每一個區(qū)域的解會通過非序列場光追跡相互聯(lián)系，并求解整個系統(tǒng)的麥克斯韋方程組。
3. 優(yōu)先在k域中建模。
4. 通過新的傅里葉變換算法應(yīng)盡可能減少光場采樣點數(shù) N。
關(guān)于非序列光場追跡的參考文獻如下：
展開 白皮書下載丨高速芯片與先進封裝仿真解決方案
圖元仿真工程中心一直致力于為客戶提供電子產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)的仿真分析服務(wù)，我們正在與很多IC封裝客戶和系統(tǒng)客戶合作，幫助他們解決實際項目問題并完善設(shè)計流程。通過每個仿真項目的實施，工程中心技術(shù)團隊對客戶的需求以及行業(yè)的發(fā)展有了更加深刻的認識，自身的業(yè)務(wù)能力也得到了長足的進步，形成了完整的仿真服務(wù)體系。
下面我們通過一篇介紹性的技術(shù)白皮書來展示圖元的仿真能力與服務(wù)內(nèi)容，本白皮書為PDF版本，全長27頁，將重點介紹工程中心的業(yè)務(wù)范圍與框架：
一. 仿真工程中心
二. 仿真價值與作用
三. 仿真服務(wù)內(nèi)容
1) SI仿真
2) PI仿真
3) Thermal仿真
4) EMC仿真
5) 2.5D/3D先進封裝仿真
四. 主要仿真平臺
掃描二維碼下載白皮書
展開 
自主仿真|基于PERA SIM Fluid的高速列車氣動阻力分析
摘要：本文以高速列車車頭和單組車身模型為研究對象，使用安世亞太自主研發(fā)的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid進行建模和仿真，研究其明線運行時的氣動特性，并與成熟商用CFD軟件對比，驗證了PERA SIM Fluid的高精度和可靠性。
關(guān)鍵詞：高速列車；氣動特性；PERA SIM Fluid
0 引 言
列車氣動阻力與列車速度二次方成正比，隨著列車運行速度的提高，氣動阻力在總阻力中的占比增加，當列車時速超過250公里時，氣動阻力占總阻力的75%~80%，同時氣動阻力特性關(guān)系到列車節(jié)能環(huán)保能力，還是選擇合理配置牽引動力裝置的基本參數(shù)之一。
氣動阻力由壓差阻力和摩擦阻力組成，摩擦阻力是指列車運行時黏性切應(yīng)力沿列車運動反方向形成的合力；壓差阻力是指列車表面壓力沿列車運行反方向形成的合力。
列車相關(guān)阻力的計算，一直以來人們都沿用“戴維斯公式”：
式中：R為總阻力；V為相對靜止空氣的速度；A為滾動機械阻力；B1為其他機械阻力；B2為空氣動量阻力；最后一項為列車所受外部氣動阻力，系數(shù)C的計算公式為：
式中：ρ為空氣密度；S為列車迎風面積；Cd為阻力系數(shù)。
通過數(shù)值模擬方法可以計算出列車所受的空氣阻力Fd，基于上述參數(shù)可得阻力系數(shù)的計算公式：
本文采用安世亞太自主研發(fā)的通用流體仿真軟件PERA SIM Fluid對列車單組車廂的氣動性能進行了仿真分析。
1.
展開 剛性小球高速沖擊陶瓷高腳杯仿真
本文仿真結(jié)果表明：杯壁設(shè)置成B面的“凹型”可以一定程度減小有效沖擊破碎損傷程度，一定程度避免了碎渣飛濺傷人。
（2）用SPH建立杯體可以避免網(wǎng)格大變形導(dǎo)致的計算終止問題，在模擬高速沖擊中SPH算法很適用。
基于FLUENT的某高速動車模型仿真
關(guān)鍵詞：FLUENT，高速動車，氣體流動，計算流體力學，流場特性
高速動車的發(fā)展極大的方便了現(xiàn)代人的出行，不僅縮短城市間的距離，還提升旅行的舒適度與效率，使得人們能夠更快捷地穿梭于工作與家庭之間，促進了經(jīng)濟的交流與文化的融合。高速動車的環(huán)保特性和準時性能也進一步滿足了現(xiàn)代社會對于可持續(xù)發(fā)展和高效生活方式的追求。使用FLUENT對高速列車行駛過程中的流場分布進行數(shù)值模擬，可以直觀的看到列車周圍壓力以及速度分布情況。
利用FLUENT軟件對某高度動車的行駛過程進行數(shù)值模擬。通過精細的網(wǎng)格劃分和仿真設(shè)置，模擬了高速動車周圍的流場分布，得到了其速度和壓力分布。
在仿真過程中，首先建立了高速動車的三維模型，假設(shè)其在較大的長方體空間內(nèi)行駛，對其進行網(wǎng)格劃分。建立幾何模型時對其進行適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)優(yōu)化便于數(shù)值模擬過程，網(wǎng)格劃分時對其施加一定的控制（如曲率和偏度）以提高網(wǎng)格質(zhì)量，綜合得到網(wǎng)格質(zhì)量大于0.2即可滿足一般仿真需求。
為了提高仿真精度，對高速動車周圍區(qū)域的網(wǎng)格進行了加密處理。隨后設(shè)置了仿真參數(shù)，包括流體密度、粘度等參數(shù)。采用SST k-omega湍流模型來描述流體的湍流特性。后續(xù)可以通過改變操作參數(shù)對其進行更為細致的數(shù)值模擬，以進一步探究其流場分布。幾何模型如圖1所示，網(wǎng)格劃分如圖2所示。
圖1幾何模型
圖2網(wǎng)格劃分
列車靜止時流速分布如圖3所示，數(shù)值模擬過程中列車行駛速度設(shè)置為400km/h，初始壓力分布如圖4所示。
圖3初始速度分布
圖4初始壓力分布
列車達到穩(wěn)定行駛時，速度分布如圖5所示，壓力分布如圖6所示。
圖5穩(wěn)態(tài)速度分布
圖6 穩(wěn)態(tài)壓力分布
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展開 運用ANSYS工具進行高速熱仿真
傳統(tǒng)的方法是仿真電路，判斷特定工作條件下的功耗。然后將這些功率損耗作為3D熱仿真的輸入，用于預(yù)測IGBT和二極管的結(jié)溫。這種方法一般需要大約8小時才能仿真數(shù)十毫秒的工作時間，以便在一系列給定工作條件下對一次設(shè)計迭代的熱特征進行描述。此外，單獨運行電氣仿真和熱仿真以及手動傳遞數(shù)據(jù)就占用了大量的工程時間。仙童工程師通過ANSYSIcepak研發(fā)出一種能在ANSYSSimplorer系統(tǒng)仿真環(huán)境中運行的系統(tǒng)級線性時不變（LTI）降階模型（ROM），將熱性能預(yù)測時間從數(shù)天、數(shù)小時壓縮到數(shù)分鐘，從而改進逆變器的設(shè)計流。
1驗證ROM方法
仙童工程師為包括封裝和外殼在內(nèi)的三相逆變器創(chuàng)建了一個Icepak模型。他們運行了幾次簡單的仿真以驗證模型的精度，然后開展了穩(wěn)態(tài)仿真。隨后他們在Icepak中針對一組輸入和輸出量開展了一系列階躍響應(yīng)分析，構(gòu)建出一個緊湊的模型。對于逆變器，六個IGBT和六個二極管的功耗以及熱沉溫度通常可用作輸入，而結(jié)溫可用于提供一系列輸出量。以完整描述的熱系統(tǒng)為基礎(chǔ)，該團隊隨后使用Icepak生成線性時不變降階模型（LTIROM），能夠在Simplorer中用于仿真指定的電氣和熱條件，所需時間只是完整3D熱仿真用時的一小部分。
3D熱分析以高計算成本準確判斷熱狀態(tài)
仙童工程師根據(jù)完整的3D熱分析來評估自己的初始ROM，以測試其精度。使用ROM在階躍載荷測試中預(yù)測的所有組件的溫度與完整3D熱分析得到的預(yù)測值完美吻合（誤差小于1%）。完整3D仿真的求解器用時大約為兩個小時，而ROM只用一分鐘左右即可完成運行。然后進行多種脈沖載荷測試，以比較ROM分析與3D熱分析的結(jié)果。ROM結(jié)果仍然與3D分析極為吻合（誤差級別小于2%）。
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