仿真模擬的案例
數字孿生之操作系統、算法、仿真模擬解析
目錄
數字孿生之操作系統、算法、仿真模擬解析
（一）數字孿生系統介紹
1-1 數字孿生系統組成
1-2 數字孿生的三個核心要素
（二）數字孿生計算機操作系統
2-1 數字孿生對操作系統有什么要求
2-2 數字孿生系統的實時性、低延遲
2-3 支持數字孿生的操作系統
（三）建模和算法，及仿真軟件
3-1對物理實體建模的關鍵數據來源
3-2 數字孿生主要環節涉及的計算
3-3 數字孿生如何通過算法，創建模型
3-4 數值模擬的常用算法
3-5 建模與仿真軟件工具
3-6對數據過程分析或控制的軟件工具
3-7 數字孿生的仿真模擬計算，對時間要求
3-8 通過仿真模擬/建模，怎么去改變物理實體
3-9 如果仿真模擬計算量太大，怎么加速？
展開 3D打印仿真模擬將歷史變為現實--ESI Additive Manufacturing仿真軟件
最初，技術支持團隊沒有采用仿真模擬，而是重新設計并制造了用于發動機冷卻系統的3D打印復制品。這導致了預期之外的層與層之間的變形、孔隙和間隙（特別是由于薄壁）---更不用說浪費時間和材料了。每生產兩個有缺陷的原型，材料價格約為2萬歐元，并且延遲一個月交付。為了滿足飛機可完全運行的最后期限，他們意識到仿真模擬將幫助他們會在盡可能短的時間內確定其零件的最佳設計。因此，Expleo轉向可應用于其3D打印需求的仿真模擬軟件---ESI Additive Manufacturing仿真軟件。
“我們與ESI團隊的合作使我們能夠解決系統的制造問題。得益于ESI增材制造仿真解決方案，我們能夠在最短的時間內做出正確的決定，推出一部分發動機冷卻系統。”
---------Wilfried DUFAUD聯合創始人Aura-Aero和Replic'Air成員創新領導致力于增材制造應用和科學主題的制作。
為了滿足完全運行飛機的最后期限，工程師意識到仿真模擬將幫助他們在盡可能短的時間內確定其零件的最佳設計。為此，Expleo3D打印模擬軟件----ESI Additive Manufacturing仿真模擬軟件。
項目團隊憑借ESI超10年的增材制造項目協作經驗，對高準確度的模擬結果充滿信心，迅速確定了問題的根源，并通過以下方式進行了修改：
? 增加特定區域的體壁厚度，以限制3D打印過程中薄壁的變形和孔隙率；
? 重新定位防晃動網格以避免邊緣變形并實現無縫的“防水”組裝；
? 調整周圍支撐策略，以顯著減少變形引起的孔隙度。
通過有效的增材制造工藝仿真模擬，團隊能夠評估多次迭代并獲得改進的設計。
展開 汽車結構耐撞性仿真模擬研究
汽車結構耐撞性仿真模擬研究
汽車結構耐撞性的仿真模擬研究.part1.rar
汽車結構耐撞性的仿真模擬研究.part2.rar
材料科學中的模擬仿真，提升文章檔次！
實驗結果不理想，數據不夠完美，論文內容缺乏支撐，這些問題有限元仿真模擬都可以輕松解決。幫助文章輕輕松松更上一區，讓你的實驗結果從此告別“差強人意”，高影響因子不是夢！
在當今的高檔次科研論文中我們能夠見到許多都使用到了仿真模擬來闡述科學問題。而這些仿真模擬大多基于有限元方法。今天我們就給大家介紹一下有限元方法及其在材料科學等相關領域中的應用。
有限元是有限元方法（FiniteElement Method）或有限元分析（Finite Element Analysis）的簡稱。有限元方法最早在1952年被提出，早期主要應用于力學領域，用于建筑、飛行器等工程領域的力學仿真模擬。有限元方法原理簡單的說，就是通過將要模擬的實體結構劃分為有限個單元，每一個單元都用一組方程去描述，聯立所有這些方程組并求解，就能得到模擬對象整個的物理量分布。要得到足夠精確的解，需要劃分數量較多的單元，這樣計算量就會非常大，需要借助計算機的計算能力才能得到結果。
隨著有限元理論的發展和計算機計算能力的進步，今天的有限元方法早已經不限于力學領域，有限元方法已經發展為一種普適的數值計算方法，能夠求解各種類型的偏微分方程，在力學、流體、電磁學、光學、電化學、半導體、化工、聲學等幾乎所有的學科領域有限元方法都有它的用武之地。納米材料科學領域也不例外，已經有許多的國內外研究人員在使用有限元方法幫助他們解決科研中遇到的問題，在高檔次學術期刊中，運用有限元方法的文章也越來越多了。接下來我們就來看看納米材料科學領域有限元方法都是怎么使用的。
一、柔性電子領域
美國西北大學John A.Rogers 和黃永剛教授在柔性電子領域做了許多開創性的工作。通過力學設計將硬質的硅基材料制備成可拉伸的柔性器件。
展開 
模擬仿真與DIC應變測量相結合是大勢所驅嗎？
DIC測量總歸是幫助人們獲得位移形變等應變數據，最終目的：1）了解材料性能；2）實時監測測量對象狀態，對突然發生的應變及時進行處理，防患于蔚然；3）通過對測試對象在特定情況下發生的應變的了解，進一步優化仿真設計，提高仿真模擬的精度。
對于前2項，個人感覺，目前的DIC測量產品基本都能很好的實現這一目標；而最好一項，能實現基本目標，但在完成的過程中，受到人工經驗和跨部門溝通等因素影響，效果還可以進一步提高。
真正使用DIC測量設備的第三類用戶，以及目光高遠的一些DIC設備研發機構，都在嘗試不同的方式改進DIC測量設備的各種性能，以便能在提高仿真模擬精度方面能提供更大的助力。有的可以將測量分析結果可以直接導入到仿真模擬軟件，有的將仿真模型文件導入到應變測量系統。總體來說都是有一定效果的，也給應用者提供了不同程度的便利。但是由于數據分析的基礎平臺不統一，之前提到的不良因素的影響只是稍稍減弱，治標不治本，不能從根本上解決問題。
十幾年前因為喬澤引進國外全場非接觸式應變測量系統，我被帶入DIC應變測量設備推廣的大軍，感覺能為國內應變測量技術的發展而努力，很自豪；十幾年后，因為喬澤引進了法國EikoSim公司研發的EikoTwin應變測量系統，我又再次回到DIC應變測量相關行業工作，因為EikoTwin帶來了目前行業內最需要測量手段，它的出現必將再次推動DIC應變測量行業的發展，在得以謀生的同時，又能順應大勢所驅，為行業進步盡微薄之力，何其幸甚至哉！
非接觸式應變測量 ，形變測量、光學測量、表面形貌測量，應變實測與模擬仿真驗證相結合，模擬仿真與應變實測同步化
北京喬澤科技有限公司 010-65610249
展開 基于InteWeld的焊接模擬仿真
摘 要：主要研究了基于InteWeld的焊接模擬仿真技術。首先，采用合理的焊接工藝及措施，對石油鉆機自動化設備中的支撐臂進行焊接。其次，以設置相同的焊接工藝和控制措施為前提，使用軟件InteWeld對支撐臂進行焊接虛擬仿真，獲得零件的整體變形結果。最后，對比實際生產測量值與軟件仿真計算結果，驗證使用InteWeld進行焊接模擬仿真所獲結果的準確性，為后續該項技術的推廣提供依據。
關鍵詞：支撐臂;焊接仿真;網格劃分;焊接變形;
0 引言
焊接技術是目前應用最廣泛的材料連接方式之一，同時也是歷史非常悠久的制造工藝[1]。隨著時代的發展，工程師們逐漸意識到焊接質量的好壞關乎鋼結構產品制造的成敗[2]。如何高效地提升焊接質量是工藝工程師們追求解決的核心。
而現階段，隨著計算機技術的發展，焊接模擬仿真技術應運而生，它的發展對生產制造具有十分重要的意義[3]。焊接三維仿真技術在我公司有廣泛的應用空間，隨著我公司各類新產品的增加，對結構件焊接的應力、變形、強度提出更高的要求。目前，已經多次遇到相關問題，按照以往的工藝設計經驗生產效率低下，因此需要采用先進的分析軟件加強工藝設計手段，縮短產品的研發制造周期[4]。
本文選取石油鉆機自動化設備中的支撐臂進行焊接和模擬仿真對比分析。由于其結構特點為長桿型，焊接時熱量集中，結構具有一定的拘束度，且板厚較薄，焊后易變形，因此需要采用合理的焊接工藝及措施控制焊接變形。本文對支撐臂進行三維建模、有限元網格劃分，并利用軟件InteWeld進行焊接模擬仿真。將仿真計算結果與實際焊接變形量進行對比，驗證仿真結果的可靠性，可為后續使用此項技術研究焊接變形提供重要的依據和可靠的數據支撐。
1 支撐臂的焊接
以石油鉆機自動化設備中的支撐臂作為焊接生產實例。支撐臂是典型的長桿結構，其三維模型如圖1所示。
展開 專業團隊承接CFD模擬仿真優化和設計項目
1、鍋爐燃燒優化設計模擬
2、脫硫塔流場溫度場模擬優化設計項目
3、汽車流場模擬項目
4、旋轉電機熱仿真模擬
鋰離子電池的仿真模擬
鋰離子電池的仿真模擬
以下綜述展示了針對鋰電池組件的仿真模擬實例，包括了陽極/陰極/電解質和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態電池的固體電解質中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴散所引起的物理性質變化的實例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質 LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴散系數。
4．評估溶解鋰鹽的溶劑的相對介電常數。
5．電極漿料涂覆
圖 1 固體電解質 LZP 結構（左）和不同溫度下擴散系數的 Arrhenius 圖（右）
圖 2：用于陽極的石墨（左）和吸附鋰的 LiC6（右）之間的電子態密度差異
隨著全固態電池的商業化快速發展，電動汽車電池的研究和開發正轉向探索更多材料的可能性。因此，從探索各種材料（包括所有固態電解質）的角度來看，人們對材料模擬的期望越來越高。欲獲取全文鏈接：www.anscos.com
展開 BCC點陣結構梁單元Abaqus壓縮仿真模擬-顯示動力學質量縮放 ￥19.89
本文通過abaqus顯示動力學的方法對BCC結構進行壓縮仿真模擬，同時為減小計算量，采用梁單元模擬點陣結構，壓頭設置為剛性面，添加質量縮放，加快運算速度，為點陣結構壓縮模擬提供一種便捷方法。
1. 建立BCC點陣模型,以單胞尺寸5X5X5為例。
a.首先建立立方體實體，然后對實體進行處理，得到點陣單胞點陣結構。
b.建立單胞BCC梁單元點陣模型,然后進行刪除面的操作，得到單胞BCC點陣結構，接下來進行陣列操作，得到最大外形尺寸為25x25x25的點陣壓縮模擬試件。
C.建立剛性壓板，設置參考點，模擬萬能試驗機壓頭，剛性單元不參與計算，不影響計算結果，加快運算速度。
2. 裝配，按壓縮試驗進行裝配，從上到下依次為壓板-點陣-壓板。
3.設置材料屬性，本文為鈦合金TC4，密度4.43e-9Tone/mm3,彈性模量為118000MPa，泊松比0.3，應力應變值見下表所示。
設置截面屬性Beam，定義截面半徑0.5mm
指派截面，定義方向[1,2,3]，完成材料屬性設置。
4.設置分析步Dynamic,Explicit，時間設置為5s，以每秒1mm的速度進行壓縮模擬，開啟質量縮放為1e-5，歷程輸出勾選位移和力，以便輸出力-位移曲線，然后計算相應的應力-應變曲線。
5.設置相互作用-切向行為和法向行為，摩擦系數為0.3，設置通用接觸。
以下部分為付費部分
展開 新冠病毒氣溶膠傳播路徑的仿真模擬
小于5微米的氣溶膠通過空氣傳播
通過計算流體力學（CFD）軟件Fluent和人群運動軟件STEPS（Simulation of Transient Evacuation and Pedestrian Movements）的聯合仿真模擬，可以對軌道交通內COVID-19病毒攜帶者打噴嚏時產生的一系列連鎖反應進行針對性的研究，如氣溶膠的運動、擴散、濃度分布以及感染人群等等。
解決方案
氣溶膠屬于多相流流體力學范疇，在空氣中的運動與擴散屬于離散流體流動，受空氣湍流、環境熱輻射以及顆粒間作用力影響。
本式例采用離散顆粒群軌跡模型DPM模擬噴嚏氣溶膠與空氣的相間耦合流動，采用k-ω SST模型模擬空氣的湍流運動，以Coupled方法進行壓力-速度耦合計算，最后與STEPS聯合仿真，構建軌道交通內生物源性氣溶膠擴散及感染人群的數值模擬解決方案。
具體操作
假設噴嚏氣溶膠為球形顆粒，直徑1.5-8.5微米，密度1100kg/m3，溫度310K，質量流率1 x e-10 kg/s，空氣密度為1.2kg/m3，主要受到重力、拖曳力和布朗力的作用。
仿真結果
■ 噴嚏氣溶膠自噴射后，向各個方向擴散，其傳播距離、擴散范圍與噴射速度成正比關系，速度越大，傳播距離越遠，擴散范圍越大。
■ 從顆粒物質量濃度圖可以看出氣溶膠顆粒污染物從人的口腔飛出后，在人的口腔附近有較小的密集分布，在人體前1.0m處基本向前下方運動，而氣溶膠顆粒隨氣流運動。
仿真意義
CFD/DPM與STEPS的聯合仿真能夠直觀的顯示病毒氣溶膠在人群中的擴散路徑。
展開 自動駕駛研發模擬仿真系統的工作介紹
自動駕駛模擬仿真系統的目的是為了減少上車測試的開銷和風險，眾所周知谷歌開發的仿真系統CarCraft已經跑了25億英里，而實際車載測試才1000萬英里。
其中將實際上車測試的問題在模擬仿真系統中進行復現并添加各種變化被成為“fuzing”，當時開發的可視化平臺Xview就是模擬仿真系統的一部分，相當于顯示界面。
這樣的模擬仿真系統構成一般包括多個算法模塊，比如：
1. 傳感器模型：攝像頭（游戲引擎類似的功能），激光雷達，雷達，聲納...
2. 高清地圖和虛擬環境（類似VR），一些高清地圖的制造商也可以直接從真實環境中生成，比如三番，紐約，倫敦城市等等；
3. 車輛模型（OEM數據，動力學模型，控制模型），行人，摩托和自行車等等，以前做motion capture的公司有很好的數據，商用的汽車模擬軟件在這些方面很成熟；
4. 道路系統（路徑網絡）和道路特性（地質，坡度，風險，利用率等等）；
5. 環境模型（季節，氣候，天氣，時間如白天/晚上，等等），跟傳感器模擬關系大；
6. 交通模型（交通規則，限速，停車，十字/丁字/環路，紅綠燈，讓路，分岔，匯入等等）；
7. 駕駛模型 (駕駛行為，導航規則，避撞，個人特色，文化，地域等等）；
8. 應用相關的，比如運動規劃，模擬訓練。
下面論文分析中會針對這些問題討論解決方案。
展開 
KFX/EXSIM火災爆炸CFD模擬仿真軟件
EXSIM
為預測阻塞空間發生爆炸的后果，DNV GL KFXTM 開發了經過廣泛驗證的蒸氣云爆炸仿真工具-EXSIM。
廣泛驗證和應用
在過去20年中，殼牌公司一直使用EXSIM軟件，對復雜的阻塞空間進行爆炸仿真模擬。EXSIM已成功通過了大量、不同規模的爆炸試驗（包括大比例測試及盲測）的驗證。自1989年以來EXSIM一直開發用于爆炸研究和工業分析。
應用領域
海上及陸上油氣設施
量化三維結構物在發生爆炸情形下隨時間的響應（KFX?-USFOS）
優化布局，降低爆炸影響
量化作用于安全場所（比如臨時避難所、救生船、生活區等）的沖擊波載荷
爆炸可能性分析
對緩釋措施的ALARP（最低合理可行）以及成本-效益分析
事故調查
三維仿真技術
KFX? 一套用于解決有害物質擴散、火災和爆炸相關問題的先進解決方案
基于相同化學反應模型（EDC）的火災及爆炸建模功能
具備強大的CAD導入及編輯功能，用于高效處理復雜幾何模型
高效預測蒸氣云團
批處理大量仿真模擬，比如爆炸風險分析
具備全面后處理功能，比如對CAD幾何體內部進行視頻演示、各種可視化處理等。
展開 基于 Inspire Extrude 的白車身門檻梁用鋁型材擠壓仿真模擬與模具結構優化
陳亮 謝國文 田永生 陳曉紅 尤彬波 吳雄偉
廣汽研究院工藝工程部 廣州
摘要：本文借助于基于任意拉格朗日-歐拉（ALE）有限元法的 Altair 擠壓仿真分析模塊 Inspire Extrude 軟件，在產品開發階段針對車身門檻梁用大型復雜截面的分流寬展模進行正 向穩態擠壓仿真模擬，對型材出口流速、位移等結果進行分析，預測型材擠出的彎曲、翹曲 等問題。同時基于初步的仿真分析結果，通過優化初始模具結構中的分流孔、調整工作帶長 度等方面，再次進行擠壓仿真模擬，得到出口流速趨于均勻的分析結果。最后對優化后的模 具結構進行生產驗證，實際表明仿真分析結果基本與生產一致，縮短了產品開發周期，降低 了模具調試成本。
關鍵詞：車身用型材 鋁擠壓 有限元模擬仿真 ALE 有限元
1 概述
近些年，為解決全球氣候環境的溫室效應，降低燃油車尾氣排放問題，全球電動汽車市場不斷發展。車身的輕量化是提高電動車續航里程，解決用戶“里程焦慮”的有效方法之一。在車身輕量化方案中，鋁擠壓型材以其比鋼更低的密度，相對于沖壓鋁板更低的制造成本，同時以具備多車型平臺共用的潛力得以在電動車下車身各類梁中得以廣泛應用[1]。
由于車身加強梁類擠壓型材（如門檻梁、中通道和前/后縱梁等）大多具有多型腔、截面大、壁厚薄特點，同時強度和精度要求高，因此在前期車身設計開發階段，對鋁型材進行工藝同步仿真分析具有十分重要的作用。
展開 基于Rsoft軟件光纖光柵的仿真模擬
小貼士：上述案例模擬了FBG型光柵的反射光譜，通過調控光柵的結合參數可以得到不同參數結構下的反射光譜，如果我們想得到例如LPG長周期光柵的透射光譜時，可以采用將周期變長，并在輸出光分析部分選用transimisson進行研究分析，如下圖所示。
結語：希望通過我的一個簡單案例介紹，讓大家對光柵的模擬分析有了一定的了解認識，結合理論知識并多多動手練習是學好仿真模擬的關鍵方式，萌新們加油！
最后，如果有光學的仿真模擬需求，可以通過微信公眾號找到我們喲~
微信公眾號：320科技工作室
【CAE案例】閥門冷熱沖擊的仿真模擬
主要內容是通過仿真模擬來鑒定閥門等相關部件性能。在此之前，相關部件的性能鑒定都是由循環實驗測得。鑒定工作分為兩個階段，閥門需要經受1000次開關操作與10次冷熱交替沖擊（在1秒左右，溫度變化為285℃/60℃）。在這些操作后，將檢查閥門的內部密封性、外部密封性與可操作性。在仿真模擬中，我們只考慮冷熱沖擊對閥門密封性的影響，更具體而言，我們將考慮閥座內襯的應力狀態。
圖1 閥座內襯
根據計算結果可以預估閥座內襯開裂的風險，從而對閥門的內部密封性進行判斷。實際上，熱沖擊造成閥座的徑向開裂是閥門密封性喪失的主要原因。在本案例中，也將仿真結果與實驗結果進行了對比和討論。
02 仿真過程
首先使用通用CFD仿真和Syrthès進行3D耦合計算，得到了閥門內的溫度場。模擬的閥門冷熱沖擊溫度變化如下圖所示，然后將所得到的溫度場投影到力學計算網格上。
圖2 閥門所受冷熱沖擊示意圖
之后會在通用結構仿真軟件中進行3D熱彈性計算，最后再對殘余應力進行計算。殘余應力的計算需要分為三部分：首先是非線性熱計算；之后進行冶金計算，以考慮溫度變化對材料熱學性能的影響；最后進行熱應力計算。由于閥座內襯是鎢鉻鈷合金。這是一種鈷基材料，其在快速冷卻過程中的冶金轉變尚不清楚。因此，無法進行冶金計算。此外，由于閥門內部的焊接過程是手工進行的，因此熱量的輸入實際上會較實際值偏小。
03 結果展示
閥門在受到熱沖擊0.1秒時的溫度場如圖3所示，可以發現閥門下游的加熱或冷卻比閥門其他部分更快。與裝有41個熱電偶的閥門受熱沖擊的實驗結果相比，總體結果除了最初的較短時間以外，偏差在可接受范圍內（圖4）。
圖3 閥門在0.1秒時刻的溫度分布圖4 閥門熱沖擊后計算溫度與實驗溫度的差值
在進行熱彈性計算時，閥門在沖擊開始后約0.2秒(圖5)，閥座內襯達到正交應力(導致開裂的應力)的峰值。
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