結構設計仿真分析的案例
設計仿真 | Simufact Welding焊接工藝-結構一體化仿真分析方案
解決方案是針對特定應用領域或行業的一體化解決方案，這些方案采用Step-by-Step設置模式，方便用戶快捷地完成各步驟的設置和仿真分析。例如本文用到的工藝結果映射工具模塊Digimat-MAP和有限元聯合仿真分析模塊Digimat-CAE，就集成在解決方案Digimat-MS里面，而Digimat-MS則是多尺度耦合分析集成解決方案，該方案將工藝分析與結構分析集成，通過將工藝分析結果映射至結構分析模型，完成后續的結構分析。
?MSC Nastran工具軟件
MSC Nastran是一款高度可靠性結構有限元分析軟件，擁有眾多領先的求解功能，尤其在動力學方面，可以快速的得到準確的分析結果。MSC Nastran具有多學科分析，可為用戶提供針對各種工程問題的一體化結構分析解決方案。MSC Nastran能夠有效解決各類大型復雜結構的強度、剛度、屈曲、模態、動力學、熱力學、非線性、聲學、流體-結構耦合、氣動彈性、超單元、結構疲勞、慣性釋放及結構優化等問題。
圖4. MSC Nastran多用途有限元分析程序
PART.02
焊接工藝-結構一體化仿真工作流程
為了考慮焊接工藝對焊接結構強度的影響，本文給出一種焊接工藝-結構一體化仿真分析的工作流程。該流程可實現金屬結構焊接工藝仿真分析，將焊接工藝仿真結果自動引入結構仿真分析中，保證焊接結構仿真模型與實際狀態的一致性，從而提高焊接結構強度分析的精度。
圖5. 焊接工藝-結構一體化仿真分析工作流程。
上述仿真分析流程包含3個步驟：
01
結構焊接工藝仿真；
02
焊接工藝結果映射；
03
耦合結構仿真分析軟件MSC Nastran，通過istress關鍵字引入焊接殘余應力完成最終結構分析，從而考慮焊接殘余應力的影響。
展開 電機殼體冷卻結構設計及熱仿真分析
驅動電機殼體冷卻通道結構設計
針對熱量在電機內部的傳遞方式，本文設計了一款螺旋式冷卻結構的電機殼體，其結構如圖2所示。
設計仿真 | 基于Digimat & ODYSSEE的結構不確定性量化分析
SFRP材料可用于各種零部件，包括內部和外部部件、結構部件、引擎蓋下部件和懸架系統等。
實際工程應用中，SFRP材料產品性能受到其纖維含量、取向、分布等因素的影響。博世公司為了準確描述SFRP材料產品的性能，使用到海克斯康旗下的復合材料多尺度仿真平臺Digimat，對SFRP材料進行非線性本構建模以及注塑工藝結果映射，從而實現了針對產品性能的準確預測。
另一方面，傳統的設計制造過程是確定性設計，認為所有的輸入參數都是固定值；然而實際情況是產品在制造生產過程中存在多種不確定性，例如SFRP材料含量的波動。因此通過在設計階段引入可靠性分析，完善產品設計，防止出現設計不足或過設計情況。
2 解決方案
海克斯康基于旗下復合材料多尺度仿真平臺Digimat，以及人工智能/機器學習智能實時仿真平臺ODYSSEE，搭建了針對復合材料不確定性量化（UQ）分析的解決方案（如下圖），并應用于博世公司的SFRP材料產品設計中。
圖1. 針對復合材料UQ分析解決方案
該解決方案主要包含五個步驟：
準備輸入文件
定義并執行實驗設計（DoE）
訓練和評估降階模型（ROM）
定義和計算設計極限
進行不確定性量化（UQ）分析
3 應用案例
博世公司研究團隊主要針對SFRP材料通過虛擬工程來加快產品開發的步伐，包括過程模擬、微觀結構特征模擬和測試、結構模擬等。從而減少實際準靜態測試的工作量，包括產品的準靜態變形和失效，并進行可靠性評估。
圖2. SFRP材料產品虛擬工程
對于 SFRP材料，傳統的測試方法需要經歷材料交付、板材注塑成型、樣品研磨、CT掃描、拉伸實驗等多個步驟才能最終得到相關材料參數，花費時間最少1個月；而利用材料虛擬工程的方法，可以將材料開發時間縮短到幾天。
圖3.
展開 設計仿真 | ?？怂箍礛SC Nastran助力沃爾沃客車結構分析流程標準化
圖1 SOL 101靜力學分析客車白車身
MSC Nastran解決方案
MSC Nastran集成了很多仿真類型求解功能，使工程師能夠解決各種各樣的問題。例如，求解序列SOL 101用于計算結構的靜態剛度。客車設計工程師將使用它來計算車身的整體剛度，并可視化白車身（BIW）結構中可能承受高壓縮或高張力的部分?？蛙?em>設計工程師利用SOL 400進行高度非線性仿真，例如螺栓預緊力分析。
MSC Nastran中多種解決方案序列允許沃爾沃巴客車選擇它作為其標準結構求解器。David繼續說道：“今天，我們有一個幾乎完全由MSC Nastran構建的模型組成的模型庫，支持各種MSC Nastran解決方案序列，如耐久性、NVH和復合材料等。由于我們專注于一個軟件環境，我們有時間深入研究CAE疲勞/NEF等新功能，并采用新開發MUMPS求解器，這將解決方案時間縮短了約50%。”
圖2 SOL 400非線性接觸分析
MSC Nastran是多物理場仿真的一部分
當被問及“使用MSC Nastran或其他工業軟件是否有令人驚訝的好處？David回答道：“如果我們沒有這樣使用MSC Nastran，我們可能也不會在設計過程中引入?？怂箍礎ctran聲學仿真解決方案。”
Actran和MSC Nastran都包含在?？怂箍倒I軟件的多物理場解決方案中，并可以互轉換，使結構分析能夠擴展到聲學分析，用于預測客車內部和外部的噪聲水平。
展開 
基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化
基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化，實現了設計與分析一體化，通過快速迭代保證了設計階段數據的準確，而傳統結構快速設計僅僅是減少了部分重復勞動，對設計結果并未進行有效的校驗。
基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化，實現了統一設計環境的協同設計，保證了信息的暢通、數據格式的一致、結果的實時呈現、專業間的快速匯總反饋等，而傳統結構快速設計還停留在個人單干的設計模式。
基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化的實施效益
通過應用基于知識構件的結構快速設計與仿真一體化，將會給企業產品研發帶來如下提升：
消除重復設計、顯著提高設計效率：消除了重復建立相近的裝配結構、零部件模型等工作，一般可減少重復工作量50%～70%以上，從而顯著地提高設計效率。
設計方法導引，降低設計難度：設計人員在系統的導引下分步驟完成設計，使設計人員有更多的精力關注在設計上，而不是消耗在模型和特征的具體操作上，降低了對設計人員的要求。
模型由系統產生，提高設計規范性：設計模型由統一的系統模板生成，而系統模板是經過優化建模的模型，因此可以保證系統設計生成模型的質量和規范化，消除了人為差異。
提高設計自動化程度：將標準規范、設計經驗和知識融入系統，植入經驗算法或公式，在設計過程中進行知識推送，對不合理的參數進行自動校核。
設計分析一體化：在整合現有結構分析流程的基礎上，打通“設計→分析”及“分析←設計”的中間環節，真正意義上實現設計分析循環、迭代優化設計，最終提升整體的產品設計研發效率。
縮短工程師培養時間：新員工使用系統按照規范的流程、方法進行設計，可防止設計失誤，快速學習和提高，節省企業的培養成本。
來源于：國睿信維
展開 石油化工設備設計之——帶削邊結構橢球形封頭壓力容器靜力分析仿真APP
對于較復雜的仿真結果，還可以在線咨詢仿真APP開發者，獲取專業的仿真結果分析指導。</span></p><p class="ql-align-justify">整理了<strong>10款石油化工設備仿真APP</strong>供大家體驗：<a href="http://www.yqgqt.org.cn/post/1963414" rel="noopener noreferrer" target="_blank" style="color: rgb(0, 102, 204);">www.yqgqt.org.cn/post/1963414</a>。不符合要求，還可以<strong>個性化定制</strong>。</p><p><br></p><p><span style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(68, 68, 68);">下面介紹一款</span><strong style="background-color: rgb(255, 255, 255); color: rgb(68, 68, 68);">帶削邊結構橢球形封頭壓力容器靜力分析仿真APP：</strong></p><div contenteditable="false" width="100%">
壓力容器橢球封頭的主要用途是用于壓力容器的制造，特別是那些需要承受一定壓力和具有存儲功能的容器，如反應釜、儲罐、換熱器等。橢球封頭因其特殊的形狀設計，具有較好的受力性能，能夠有效地分散和承受容器內部的壓力。橢球封頭還具有加工容易、造型美觀等特點，因此在石油、化工、輕工、醫藥、食品等許多行業都得到了廣泛的應用。
展開 融合深度學習與CAE技術的結構分析與優化設計：一種新興的數值方法”提升工程仿真效率
疲勞斷裂
材料力學的傳統分析方法在面對多維度、多物理場的復雜問題時，往往需要大量的實驗數據支持，并且計算過程繁瑣。而人工智能，特別是深度學習的應用，正在推動材料科學領域的革命。通過將物理學定律與深度學習模型結合，如物理信息神經網絡（PINN），工程師可以實現更為精確的疲勞與斷裂分析。AI技術的引入，不僅使得傳統的疲勞與斷裂分析方法更為高效，而且能夠自動處理非結構化數據，如圖像、傳感器數據等，打破了傳統方法的限制，提升了預測的精度和應用的廣泛性。
物理神經網絡
物理信息神經網絡（PINN）的興起近年來，物理信息神經網絡（Physics-Informed Neural Networks, PINN）成為計算科學與人工智能交叉領域的前沿方向。傳統數值方法（如有限差分法、有限單元法）在高維、強非線性或反演問題中面臨計算效率低、網格依賴性強等瓶頸。PINN通過將控制方程、邊界條件等物理先驗嵌入神經網絡，以無網格方式實現微分方程求解，在流體力學、固體力學、傳熱學等領域展現出突破性潛力。其核心論文（引用超13,000次）開創了物理驅動深度學習的范式，成為Nature、CMAME等頂刊的研究熱點。2. 傳統數值方法與機器學習的融合需求有限差分法（FDM）和有限單元法（FEM）雖成熟但依賴離散化，難以處理復雜幾何與多物理場耦合問題。機器學習（如CNN、GNN）雖具備強大的數據擬合能力，但缺乏物理可解釋性。PINN通過融合物理定律與數據驅動，顯著減少訓練數據需求，提升泛化性能，并在參數反演、方程發現等逆問題中展現獨特優勢。此外，深度能量法（DEM）等變體進一步結合能量變分原理，為固體力學問題提供高效解決方案。3. 大模型賦能科學計算的新機遇以DeepSeek、ChatGPT為代表的大模型技術，正在顛覆傳統科學編程模式。
展開 光 · 學堂 | 基于VirtualLab Fusion的微結構仿真設計與加工技術（光柵、超表面、蛾眼結構的仿真與加工技術）2026/5/19-5/20
課程大綱
1
VirtualLab Fusion軟件介紹
光之數字模型平臺原理介紹
VirtualLab Fusion用戶界面的基礎操作
2
衍射光學元件設計與優化
VirtualLab Fusion自由空間傳播方法
迭代傅里葉變化及角譜方法
將高斯光整形成矩形平頂光束的設計優化
衍射光學元件分束設計優化
生成圖案的衍射擴散器設計
基于薄元近似的實際結構與公差分析仿真
衍射光學元件加工文件導出
3
周期性微納結構的優化設計
傅里葉模態法（Fourier Modal Method）仿真
微透鏡陣列仿真
蛾眼減反射表面的建模和仿真優化
閃耀光柵與傾斜光柵的設計優化與公差分析
提高光柵衍射級次效率的光柵優化設計
大角度分束衍射光學元件的設計優化
4
超表面微納結構
超構表面偏振/波長/角度響應分析
超光柵的構建
基于神經網絡的超構透鏡設計
設計和分析超透鏡
基于超構透鏡（PCA）實現聚焦與成像
5
微納加工工藝方案
微納加工完整流程概述
灰度曝光/直寫技術
刻蝕類工藝
其他輔助工藝
典型微納結構加工全流程實例
6
微納結構的表征
微納結構面型檢測
時間
第一天
第一天
上午
1.VirtualLab Fusion軟件介紹
2.
展開 結構優化設計分析系列（四）：模態分析優化設計 ￥9
1.1 優化設計概述
所謂優化，是指最大化或最小化，而優化設計是指尋找一種方案以滿足所有的設計要求，并且需要的支出最少。
優化設計有兩種分析方法:解析法--通過求解微分與極值，求解出最小值;數值法--借助計算機和有限元，通過反復迭代逼近，求解出最小值。解析法需要列方程并求解微分方程，然而針對復雜的問題列方程和求解微分方程都是比較困難的，因此解析法常用于理論研究，很少應用于工程中。
隨著計算機的發展，結構優化算法取得了較大的發展。根據設計變量的類型不同，結構優化已由較低層次的尺寸優化發展到較高層次的結構形狀優化，進而發展到更高層次的拓撲優化。優化算法也由簡單的準則法發展到數學規劃法，進而發展到遺傳算法等。
在保證產品達到某些性能目標并滿足一定的約束條件的前提下，通過改變某些允許改變的設計變量，使產品的指標或性能達到最期望的目標，就是優化方法。
1.2 優化分析工具
ANSYS Workbench 結構優化分析工具有5種，即 Direct Optimization(直接優化工具)、Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具)、Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具)、Response Surface(響應曲面優化分析工具)及Six Sigma Analysis(六西格瑪優化分析工具)。
(1)Direct Optimization(直接優化工具):設置優化目標，利用默認參數進行優化分析，從中得到期望的組合方案。
(2)Goal Driven Optimization(多目標驅動優化分析工具):從給定的一組樣本中得到最佳的設計點。
(3)Parameters Correlation(參數相關性優化分析工具):可以得出某一輸入參數對響應曲面的影響的大小。
展開 設計仿真 | 基于Marc的對稱結構仿真
引 言
Marc軟件是一款功能強大的通用非線性有限元分析軟件，能夠針對廣泛的工程設計與制造應用中的靜力、動力和多物理場耦合問題進行準確仿真。
有一種美叫對稱美，是秩序，是平衡，是科學，也是藝術。在真實工況中，很多情況下幾何結構和載荷都是對稱的，我們應該如何采用Marc軟件充分利用對稱條件進行模型簡化并求解呢？
對稱接觸體
對于接觸分析，Marc提供了5類接觸體類型，每類接觸體都可在二維或者三維問題中進行應用。包括：變形體、可傳熱的剛體、剛體、帶控制節點的剛體和對稱接觸體。
對稱接觸體是在線對稱問題或循環對稱問題中常采用的一種接觸體，常用來代替某些對稱邊界條件。
圖1 對稱接觸體定義
在平面或者軸對稱分析類型中，對稱接觸體可通過選擇NURBS曲線、線體、小平面曲線進行定義；在三維分析問題中，對稱接觸體通過選擇非均勻有理B樣條曲面、片體、小平面來進行定義。其余設置類似常規接觸設置
對稱接觸體的特點
對稱平面可方便的用于定義對稱條件
可代替某些固定邊界條件
自動設置很高的分離力，不會發生分離
只允許接觸面上的切向運動
僅適用于剛性曲線或曲面
自動進行相應的對稱線或對稱面的延伸，避免退出號2400
循環對稱
在循環對稱問題中，如果結構的幾何和荷載周期性變化，則可只取結構的一部分建立模型，循環對稱問題通過勾選分析任務中的循環對稱來進行定義。在這類問題中，將自動附加一組位移向量約束條件：U’B=UA或UB=RUA。
展開 設計仿真 | 基于Marc的對稱結構仿真
引 言
Marc軟件是一款功能強大的通用非線性有限元分析軟件，能夠針對廣泛的工程設計與制造應用中的靜力、動力和多物理場耦合問題進行準確仿真。
有一種美叫對稱美，是秩序，是平衡，是科學，也是藝術。在真實工況中，很多情況下幾何結構和載荷都是對稱的，我們應該如何采用Marc軟件充分利用對稱條件進行模型簡化并求解呢？
對稱接觸體
對于接觸分析，Marc提供了5類接觸體類型，每類接觸體都可在二維或者三維問題中進行應用。包括：變形體、可傳熱的剛體、剛體、帶控制節點的剛體和對稱接觸體。
對稱接觸體是在線對稱問題或循環對稱問題中常采用的一種接觸體，常用來代替某些對稱邊界條件。
圖1 對稱接觸體定義
在平面或者軸對稱分析類型中，對稱接觸體可通過選擇NURBS曲線、線體、小平面曲線進行定義；在三維分析問題中，對稱接觸體通過選擇非均勻有理B樣條曲面、片體、小平面來進行定義。其余設置類似常規接觸設置。
對稱接觸體的特點
對稱平面可方便的用于定義對稱條件
可代替某些固定邊界條件
自動設置很高的分離力，不會發生分離
只允許接觸面上的切向運動
僅適用于剛性曲線或曲面
自動進行相應的對稱線或對稱面的延伸，避免退出號2400
循環對稱
在循環對稱問題中，如果結構的幾何和荷載周期性變化，則可只取結構的一部分建立模型，循環對稱問題通過勾選分析任務中的循環對稱來進行定義。在這類問題中，將自動附加一組位移向量約束條件：U’B=UA或UB=RUA。
展開 
設計仿真 | 基于MSC Apex的電廠框架結構靜態仿真
因此，如果要進行優化設計，需要密切關注這些節點。如需要更詳細的建模，在局部使用更精細的網格，MSC Nastran可以進行后續疲勞分析或壁厚優化。
設計仿真 | Adams進行關鍵結構通用化設計的工程價值
使用傳統分析進行此項工作需要幾個月的繁瑣計算，而使用Adams進行真實載荷工況下的計算能夠快速驗證設計，縮短開發周期。
使用Adams的多體動力學方法
Adams運用了多體動力學的方法，首先使用約束、襯套、驅動及力對兩種挖掘機進行建模，為了更準確的接近物理樣機，模型包含了所有結構件及慣性載荷。活塞桿端和銷軸使用了直線副，其他銷軸使用了旋轉副，轉動軸承螺栓用襯套模擬，并在履帶與地面及鏟斗與地面設置了接觸，使用腳本進行仿真，進而獲取真實的運動。
根據測試及經驗，團隊確定了兩種載荷工況。一種是轉動-碰撞，能夠產生側向載荷；一種是釋放-抓取，能夠產生縱向載荷。這兩種工況能夠對轉動軸承產生最極端的載荷，進而傳遞到軸承螺栓上。
展開 設計仿真 | 基于MSC Apex的電廠框架結構靜態仿真
因此，如果要進行優化設計，需要密切關注這些節點。如需要更詳細的建模，在局部使用更精細的網格，MSC Nastran可以進行后續疲勞分析或壁厚優化。
設計仿真 | Simufact焊接工藝仿真變形精確預測汽車結構
，與實際掃描結果對比，仿真結果與實際結果一致性較好，驗證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對白車身側圍外板激光焊接過程的仿真分析，與實際掃描結果對比，仿真結果與實際變形結果對應較好，再次驗證了Simufact welding焊接變形仿真分析的可靠性；
● 通過Simufact welding對焊接工藝過程的仿真，可以對焊接工藝參數、工裝夾具、焊接順序、焊接方向等進行仿真分析，可以對焊接變形、焊接殘余應力、熔池、熱影響區、相組織、溫度場等進行仿真分析，代替或減少物理試錯，節省人力、物力，縮短研發周期，助力焊接工藝開發。
展開 