多學科耦合仿真的案例
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 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 中望全資收購英國商業流體仿真軟件PHOENICS 持續完善多學科多物理場仿真解決方案
10月8日，廣州中望龍騰軟件股份有限公司（以下簡稱“中望軟件”）發布公告，宣布以全資控股方式收購英國老牌商業流體仿真軟件開發商Concentration,Heat and Momentum Limited（以下簡稱“CHAM”）。
本次收購完成后，中望軟件將擁有CHAM公司旗下流體仿真軟件PHOENICS的全部源代碼及核心技術，其在英國、日本的研發及業務團隊也將全員加入中望軟件，與中望團隊一起共同為全球PHOENICS客戶提供服務。至此，中望正式進入商業流體仿真領域，加速打造涵蓋結構、電磁、流體在內的中望多學科多物理場仿真解決方案。
▲中望軟件董事長杜玉林（左5）與CHAM英國部分團隊
01
PHOENICS
世界第一款計算流體力學與計算傳熱學商業仿真軟件
CHAM由全球計算流體力學與計算傳熱學（簡稱“CFD”）學科奠基人D.B.Spalding教授于1974年創立，主要從事商業CFD軟件開發與技術咨詢服務。1981年，CHAM發布了世界上第一款通用的計算流體力學與計算傳熱學商業仿真軟件PHOENICS。自此，CFD開始在各個工業領域發揮越來越多的助力作用。
展開 行業應用方案 | 多學科系統中的多體動力學仿真
靜力學仿真軟件主要用于分析結構產品在穩定狀態下的結構應力和變形，保證設計結構能夠符合強度可靠性設計要求，但是隨著機械結構越來越復雜，機構的運動場景越來越多，設計越來越輕量化的要求下，單純的靜力學分析已經無法滿足機構在高速運動，復雜接觸狀態運動下的仿真需求，需要動力學仿真來考慮結構在實際運行中的速度、加速度、阻尼等靜力分析中無法涉及的效應。
動力學是理論力學的一個分支學科，它主要研究作用于物體的力與物體運動的關系。可以仿真運動機構的動力學運行狀況，部件之間的配合狀態以及剛柔耦合仿真獲得部件在不同運動時刻的應力和變形，以及對運動執行機構的影響。對于各個學科中所關注的問題如機構的大變形，復雜的接觸關系，非線性，高效計算等問題是目前多體動力學分析中的技術難點和研究方向。
隨著計算機的發展，工程師借助計算機對運動機械的動力學特性進行數值模擬分析計算。多體動力學仿真分析方法可以在試驗前對運動機械進行仿真驗證，并且提供豐富的物理場信息，為設計者設計和改進運動機械提供有力依據。有利于提高設計水平、降低成本和縮短研制周期。通過多體動力學分析可以快速進行機構的剛體動力學分析、剛柔耦合動力學仿真分析，可以準確地考慮機構自身變形，連接副的非線性連接關系從而獲取機構在實際運行的狀態，為機構系統的改進設計提供準確有效的建設意見。
展開 PIDO智能仿真 | Ansys optiSLang實現仿真流程集成與多學科優化
1、新科技浪潮下，仿真技術應用的變革需求
經過多年實踐證明，CAE仿真技術的廣泛應用能夠切實幫助企業實現研發周期的縮短、研發成本的降低。然而在新科技浪潮下，革新性產品不斷涌現，對企業產品上市時間、成本、綜合性能等都提出更高要求。受限于傳統仿真方法形成的離散、單個現狀，想要突破現有研發流程，對關鍵CAE技術的應用提出全新的需求和挑戰，因此，仿真流程集成與多學科優化設計的仿真技術變革成為了必然趨勢。
在新形勢下的產品設計和仿真應用中，有眾多的企業和仿真工程師都存在以下幾個方面的困擾或特定需求。本文基于Ansys optiSLang工具平臺，希望針對上述需求為大家呈現有效的解決思路和方案。
仿真置信度的困擾。由于材料數據/邊界參數缺失，導致仿真結果與測試數據存在偏差；
仿真流程整合與自動化的迫切需求。產品設計通常需要多學科/多領域聯合仿真，而企業中采用的軟件工具來自不同的供應商或自研軟件，又該如何實現？
多學科優化設計的關鍵應用。產品的綜合性能設計，需要采用多目標機制平衡學科間影響，探索整體最優解，通過協同優化來避免串行重復設計。
仿真流程標準化與專家經驗推廣。不論專家還是初級工程師，在面臨繁重的仿真工程任務，也能依據標準化的仿真流程獲得可信結果，也利于企業內專家經驗的留存及傳播。
展開 設計仿真 | 基于SimManager多學科協同仿真流程構建和應用
需要應用不同學科的仿真軟件，包括控制仿真、結構仿真、動力學仿真、電磁效應仿真、熱仿真等。
因仿真涉及多個學科，存在多變量、多目標、多約束的復雜情況，而且各個學科之間的變量之間可能還存在著耦合關系。在產品開發過程，如何考慮多學科集成設計、性能優化、成本、時間周期等諸多重要因素，在中間找到最佳的平衡點和數據耦合成為至關重要的問題。
基于這個需求，通過SimManager可構建基于流程任務的多學科協同仿真平臺，通過平臺串聯產品研發各流程模塊，并實現上下游分析任務的輸入/輸出傳遞，將仿真分析數據按照產品型號進行結構化層次管理，在任務流程中通過集成仿真分析軟件，實現仿真軟件按流程任務調用，并將相關知識與流程綁定，在任務執行中自動推送相關知識。
技術挑戰
實現多學科協同仿真流程，存在著如下的技術挑戰：
1. 通過交互方式動態構建多學科協同仿真流程，支持多學科、多部門之間的協同工作。
2. 工作任務拆解，將任務拆解為可執行的流程節點。
3. 構建的多學科仿真流程可發布、編輯、復用；建立多學科協同仿真流程共享數據庫和資源池。
4. 使仿真流程規范化，并對仿真執行過程實現監控。
解決方案
基于SimManager的多學科協同仿真流程方案包括仿真流程構建、仿真流程應用執行。
多學科協同仿真流程構建中，SimManager提供圖形化的流程定義界面，定義仿真任務的先后順序和邏輯關系。指定各個節點仿真任務的負責人、計劃時間等任務信息,指定任務節點的輸入輸出數據（參數和文件等）,定義任務的激活條件。對于流程節點的關系，支持循環、判斷、并行、串行及支持嵌套子流程等方式，下面為流程構建界面的示意圖。
展開 Dymola多學科系統仿真平臺
多學科聯合仿真與多軟件協同仿真
熱流體、動力學、電氣、液壓、控制多學科模型集成與聯合仿真；
不同軟件的模型可以采用FMU、C代碼等形式集成進來進行聯合仿真；
FMI/FMU支持范圍廣，支持超過100種軟件的FMU格式。
控制算法MIL/HIL測試驗證
組件定制化開發，定制化被控模型，基于動態行為的控制算法驗證；
快速仿真，控制參數批量仿真DOE尋優，仿真效率提升達50%；
虛擬標定與虛擬路試，高精度建模支撐對算法中參數的標定、控制策略的修改；
HIL測試，快速的模型仿真以及主導的特有的INLINE INTEGRATION方程處理方式和多核計算能力符合復雜系統的實時仿真要求。
結合CatiaMagic進行MBSE協同設計
基于場景的需求驗證；
能耗、重量、價格、性能等多方案權衡分析，多性能指標目標優化；
時序動態行為分析；
模型與需求關聯以及模型追溯。
展開 PIDO智能仿真 | Ansys optiSLang實現仿真流程集成與多學科優化
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新科技浪潮下，仿真技術應用的變革需求
經過多年實踐證明，CAE仿真技術的廣泛應用能夠切實幫助企業實現研發周期的縮短、研發成本的降低。然而在新科技浪潮下，革新性產品不斷涌現，對企業產品上市時間、成本、綜合性能等都提出更高要求。受限于傳統仿真方法形成的離散、單個現狀，想要突破現有研發流程，對關鍵CAE技術的應用提出全新的需求和挑戰，因此，仿真流程集成與多學科優化設計的仿真技術變革成為了必然趨勢。
在新形勢下的產品設計和仿真應用中，有眾多的企業和仿真工程師都存在以下幾個方面的困擾或特定需求。本文基于Ansys optiSLang工具平臺，希望針對上述需求為大家呈現有效的解決思路和方案。
仿真置信度的困擾。由于材料數據/邊界參數缺失，導致仿真結果與測試數據存在偏差；
仿真流程整合與自動化的迫切需求。產品設計通常需要多學科/多領域聯合仿真，而企業中采用的軟件工具來自不同的供應商或自研軟件，又該如何實現？
多學科優化設計的關鍵應用。產品的綜合性能設計，需要采用多目標機制平衡學科間影響，探索整體最優解，通過協同優化來避免串行重復設計。
仿真流程標準化與專家經驗推廣。不論專家還是初級工程師，在面臨繁重的仿真工程任務，也能依據標準化的仿真流程獲得可信結果，也利于企業內專家經驗的留存及傳播。
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Dymola — 多學科系統仿真平臺
Dymola是法國DassaultSystems公司的多學科系統仿真平臺，廣泛應用于國內外汽車、交通、能源等行業的系統總體架構設計、選型及匹配驗證、系統優化等。Dymola支持FMI標準接口協議，可用于集成不同軟件建立的、不同詳細程度的模型，進行MIL、SIL和HIL測試。
產品介紹
? 多學科仿真
Dymola作為多學科系統仿真平臺，提供了多種屬性的物理接口，覆蓋機械、電氣、熱、流體以及控制等領域，結合Dymola提供的Modelica基礎庫和商業庫，可方便用戶創建物理系統架構以及不同復雜程度的系統功能模型。Modelica基礎庫為客戶提供Modelica協會在機械、流體、電子電氣、電磁、控制、傳熱等多個工程領域的新近研究成果。并提供模型庫，涵蓋整車熱管理系統、人體舒適度、燃料電池、鋰電池、車輛動力學、液壓、電機驅動、電力、火電、水電、風電等領域，為產品的多領域協同研發提供更全面的支撐。
Dymola的模型可用于HIL測試，支持NI、dSPACE、Concurrent、HiGale、RT-Lab等實時仿真系統。
? 電氣系統模型庫
針對新能源汽車，Dymola提供了蓄電池庫、燃料電池庫、電驅動系統庫、車輛動力學庫，可用于搭建完整的混合動力汽車、純電動汽車模型及供電網、充電樁模型，為新能源汽車電氣系統和整車動力學特性的仿真分析和測試提供了模型。
蓄電池模型庫包括電池單體、電池組和BMS，電芯模型包含三部分，電模型、熱模型和老化模型，考慮了溫度，壽命，SOC對電池性能影響。BMS除傳統控制外還可加入了主動預防控制等特性。
電氣系統庫中擁有各類電器元件，并包括詳細的半導體元件，如IGBT，BJT，MOSFET等，考慮了其瞬態效果與能耗。
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 MD Nastran唯一全面的多學科仿真方案
多學科仿真方案
面向下一代設計開發的最完整仿真引擎
MD Nastran具備多學科優化的能力，并具有處理大規模問題和提升高性能計算效能的強大能力。針對制造商對越來越復雜模型進行交互多學科分析的需要，MD Nastran提供的關鍵功能可以提高設計效率和完善流程管理。
優化
MD Nastran的優化功能具有尺寸、形狀、拓撲等的組合優化能力，可以提高整個設計效率和并預測產品全生命周期內的性能。MD Nastran獨特的優化序列能夠綜合考慮各種工況，例如靜態NVH加內外噪聲，從而可更準確地確定設計的魯棒穩健性。
集成
只有MD Nastran在仿真時支持多學科之間的交互作用和耦合效應。無論是線性、非線性、運動、計算流體力學（ＣＦＤ），還是顯示動力學，MD Nastran都能夠讓多種學科一起工作，從而準確地、適時地在多學科之間提供正確的工程和力學反饋。
高性能計算
MD Nastran進行了算法優化以充分利用并行和64位計算結構的革新帶來的好處，以便于快速地得到極其復雜工程問題的準確結果。優化了在64位超級計算環境中的運行性能后，MD Nastran既可以做簡單的應力分析，也能夠做數百萬自由度的極其復雜的瞬態非線性分析。
展開 設計仿真 | 海克斯康助力eVTOL革命：多學科仿真技術引領空中交通新時代
03
從設計到生產的全鏈路賦能
? 海克斯康 eVTOL解決方案為eVTOL 提供了產品設計和適航認證各級仿真工具。
? 海克斯康豐富的多學科仿真解決方案，從材料、工藝、結構、聲學到系統動力學、CFD、自動駕駛等，為eVTOL產品提供了一體化的組合解決方案。
? 豐富的工程模擬軟件可能會讓你不知如何選擇，尤其是對初創公司來說。從你想要回答的問題開始是很有幫助的，然后，我們可以幫助你在合適的領域使用合適的工具:
‐ 外載荷、顫振和動力穩定性
‐ 內部載荷，結構設計和輕量化
‐ 復合材料的強度與疲勞分析
‐ 空氣動力學設計
‐ 聲學和噪聲預測
‐ 推進與排放
‐ 飛控機制
‐ 工藝加工和成本核算
? 海克斯康的仿真解決方案可以助力eVTOL飛行器獲得FAA和EASA等一系列法規的認證。
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