穩態仿真的案例
【仿真平臺性能測試】Fluent旋轉機械穩態分析
前言
CFD是工業仿真領域重要的分支之一，也是高性能計算的主要應用場景之一。本期選取了CFD領域的典型場景，穩態仿真計算案例——基于MRF方法的旋轉機械流場分析，我們選用的軟件是CFD領域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于“神工坊”高性能工業仿真平臺”的CFD穩態計算，和其他仿真云平臺效率對比的情況。
模擬與網格
我們采用某品牌空調室外機作為穩態分析的仿真模型，如下圖所示，左側與后側的進口流域，以及前側的出口流域都考慮到計算中，并對空調內部結構簡化后進行網格劃分，最終網格單元數868萬，其中，風扇葉片的旋轉速度是850rpm。
求解設置
根據該款旋轉機械的相關參數，經過理論計算得到該旋轉機械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數為0.075，為不可壓縮流動，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉機械的k-ε Realizable模型。對于動區域計算模型，本次穩態計算選擇了網格靜止不動的MRF旋轉坐標系法，計算迭代步數400步，相關設置如下。
仿真結果
迭代完成之后仿真云圖如下所示：
仿真平臺對比
我們進行Fluent旋轉機械穩態分析時,“神工坊”高性能工業仿真平臺與其他兩家仿真云平臺的硬件參數如下表所示：
計算過程中三個平臺的一些輸出日志如下圖所示：
本次仿真并行規模分別選取了16核、32核、64核、128核（受限于另外兩個平臺無法進行跨節點并行，并行規模無法進一步擴大），我們在“神工坊”平臺進行了256核等更大規模的并行計算，結果顯示計算用時會進一步縮短。
“神工坊”高性能工業仿真平臺與其他幾家仿真云平臺的計算時間如下圖所示，其中，由于仿真云平臺2最高只能64核并行使用，故圖表中無仿真云平臺2并行規模為128核的結果。
展開 性能測試｜Fluent穩態分析——旋轉機械流場仿真對比實測
前言
CFD是工業仿真領域重要的分支之一，也是高性能計算的主要應用場景之一。本期選取了CFD領域的典型場景，穩態仿真計算案例——基于MRF方法的旋轉機械流場分析，我們選用的軟件是CFD領域最常用的仿真軟件Fluent。我們來看下基于SimForge?高性能仿真云平臺的CFD穩態計算，和其他仿真云平臺效率對比的情況。
模擬與網格
我們采用某品牌空調室外機作為穩態分析的仿真模型，如下圖所示，左側與后側的進口流域，以及前側的出口流域都考慮到計算中，并對空調內部結構簡化后進行網格劃分，最終網格單元數868萬，其中，風扇葉片的旋轉速度是850rpm。
求解設置
根據該款旋轉機械的相關參數，經過理論計算得到該旋轉機械的最大速度為25.6m/s，折合馬赫數為0.075，為不可壓縮流動，故選擇壓力基求解器，湍流模型選用了適用于旋轉機械的k-ε Realizable模型。對于動區域計算模型，本次穩態計算選擇了網格靜止不動的MRF旋轉坐標系法，計算迭代步數400步，相關設置如下。
仿真結果
迭代完成之后仿真云圖如下所示：
仿真平臺對比
我們進行Fluent旋轉機械穩態分析時,“神工坊”高性能工業仿真平臺與其他兩家仿真云平臺的硬件參數如下表所示：
計算過程中三個平臺的一些輸出日志如下圖所示：
本次仿真并行規模分別選取了16核、32核、64核、128核（受限于另外兩個平臺無法進行跨節點并行，并行規模無法進一步擴大），我們在SimForge?平臺進行了256核等更大規模的并行計算，結果顯示計算用時會進一步縮短。
展開 CREO ANSYS Simulation 旋流分離器的穩態仿真和瞬態仿真的區別
對于流體在旋流分離器內的仿真工作，要根據實體工件設計目的而分別對待，制定不同的仿真模式。
如上圖，如果仿真目的是研究內部流體所表現出來的速度、壓力。仿真模塊選擇“流動”即可。如果還要涉及湍能，物理模塊要增加“湍流”。使用穩態較合適，穩態模式主要研究流體達到穩定的“常態”之后所表現出來的物理特性。不考慮流體達到穩定之前的過程，即與時間無關。如上圖，旋流分離器內的流體是穩定的流動狀態，無論何時，狀態一致。
如果仿真目的除了上述速度、壓力、湍能，還要考慮隨流體一同流動的“顆粒”，仿真模塊另外還要增加“粒子”，顆粒有多少種，粒子模塊就要增加多少個（注意，此粒子有具體質量（密度&體積），與“流線”中無質量的“粒子”有本質的區別）。穩態的仿真模式就不能勝任了，粒子（顆粒）在隨流體“流動”過程中，粒子或沉積或隨波逐流而去，粒子和流體域隨時產生變化（注意，“隨時”兩個字），時間延長則沉積越多，可供流體占用的空間越少，直到顆粒塞滿全部腔體。流體永遠達不到常態的穩定。所以仿真模式必須使用瞬態。瞬態仿真是建立在時間節點上的仿真，其仿真結果第一要素是時間。
瞬態仿真結果，假設，自0開始，第0.1秒結果、第0.2秒結果，第0.3秒結果... ..第1秒......第3秒，共計30個結果連續在一起，形成時間連續的動畫，如上圖，就是30個粒子瞬態仿真結果。
那么，請問，如果我想獲得一個表達3秒種的，相對質量高的動畫，應該如何調整瞬態仿真呢？
播放時長=仿真時長，幀頻=24幀。格式MP4或者GIF。有興趣的朋友可以一試，本文附件為模型文件。
剛才出去吃飯，五個籠包飽了。想起一件事，一個朋友說，能否在穩態下仿真粒子的運動呢？手拿第六個籠包糾結了。五個籠包填飲肚皮，是我飯量的穩定狀態。
展開 淺談穩態滾動輪胎仿真穩態滾動狀態角速度的調整
輪胎的穩態滾動仿真基于歐拉-拉格朗日變換法進行，仿真時將輪胎的滾動看作是穿過網格的材料流動運動。仿真條件：標準充氣壓力為0.93MPa，標準負荷為3730kg，聲腔采用自適應網格劃分，輪胎滾動線速度為60Km/h,關鍵字采用*STEADY STATE TRANSPORT，不考慮粘塑性影響并將慣性打開。
*STEP,INC=500,NLGEOM=YES,UNSYMM=YES
4: roll_tire at 60km/h
*STEADY STATE TRANSPORT,LONG TERM,INERTIA=YES
0.5, 1.0, 1E-6, 1.0
在進行穩態滾動分析時，當輪胎穩態滾動時, 輪胎輪心的力矩M應該為0。較小的角速度將使輪胎制動，而較大的角速度則使輪胎驅動。故需不斷調整ω值,使最終繞Y向的力矩M（RM2）在[-10,10]之內，此時為穩態滾動。
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【佳文推薦】張茜 張微：基于AMESim仿真的先導式比例溢流閥穩態性能研究
2.5 主閥芯上端阻尼孔通過油液時的流量方程
當忽略掉主閥芯在徑向間隙內的泄漏量時：
式（3）～（7）為先導式比例溢流閥穩態性能的基本計算方程。
3 基于AMESim的溢流閥穩態性能分析
3.1 溢流閥的穩態數學模型建立
根據先導式溢流閥組成結構簡圖，在不改變先導式溢流閥結構的基礎之上，通過AMESim HCD庫構造了先導式溢流閥的模擬仿真回路（圖1）。
圖1 先導式溢流閥的仿真回路
3.2 比例溢流閥的穩態特性仿真
先導式比例溢流閥的穩態特性，指的是溢流閥處于相對穩定的工況之下，其進口處的流量與控制壓力間的對應關系，即溢流閥的流量－壓力特性。除此之外，溢流閥常使用的穩態特性還包括閥開啟過程與關閉過程的特性即啟閉特性、壓力調節范圍以及卸荷壓力，在此僅對其流量－壓力特性和啟閉特性進行敘述。將仿真時間設定為10s，仿真間隔設定為0.1s，對模型運行仿真，在繪圖管理器中能夠得出需要的流量－壓力曲線特性（圖2）。
圖2 閥的流量－壓力特性曲線圖
從圖2可以看出，在特定參數設置下，工作狀態中溢流閥的穩態開啟壓力為27.4MPa，這個時候主閥是完全打開的，實現了系統的溢流功能。從圖中也可以看到，其壓力的調定值為30.4MPa，也就是其調壓偏差的大小為3MPa。
圖3的仿真結果可以看出，比例溢流閥的不同彈簧預緊力大小對應于不同的開啟壓力大小，不同的開啟壓力大小對應不同的特性曲線。
展開 【技術】AICFD助力汽車空氣動力學設計
在穩態仿真中采用RANS模型，而在瞬態仿真中采用DES模型，DES模型在近壁面采用RANS模型，而在主流區如汽車尾跡的分離區，采用大渦模擬（LES）。
軟件提供了多種數值格式，配以Venkatakrishnan和Slope兩種限制器（局部流場存在較大梯度時抑制振蕩）用以滿足各類工業模型的數值仿真需求，對于汽車外流場，AICFD推薦使用二階迎風+Venkatakrishnan限制器的數值格式來時間推進，用戶可以用相同的方法進行穩態仿真或瞬態仿真。根據需求可選擇通過瞬態仿真來獲得更實際和更精確的結果而不限于采用穩態仿真來近似汽車流場。
小汽車外流場案例 - 模型
本案例采用如圖1所示模型作為汽車仿真模型，建模比例為1:1，取小汽車中心對稱面一半模型進行仿真；該模型對汽車實體表面做了簡化處理，省略了車燈、門把手、后視鏡等。同時還對底部作了平整處理。為了再現汽車行駛狀態，汽車的前部、上部和側面離車體的距離都取汽車的幾倍尺寸。假設汽車模型長為L，寬為W，高為H，計算域的取法為汽車前部取2L，側面取3W，上部取3H，汽車后部取4L。
圖1 幾何模型
整體網格為四面體網格單元為主的非結構網格，壁面附近有5層三棱柱網格單元，網格數量244萬，如圖2和圖3所示。
展開 Comsol 穩態和瞬態的熱性能仿真
一、模型搭建
新建→模型向導→選擇三維； 選擇物理場：傳熱→固體傳熱，按增加→研究，選擇研究：預置研究→穩態→完成；
導入相應的二維或三維模型，或者直接在 COMSOL 里自建幾何模型；導入：頂部工具欄：導入，選中幾何 1→選擇單位→導入，最后形成聯合體→全部構建；
可在右側框內搜索要添加的材料，然后“增加到選擇”；或者添加空材料，去選擇一個域，然后材料屬性目錄下會出現做該仿真必要的參數，輸入參數即可；材料分配及屬性如下。
第一種材料：
第二種材料：
第三種材料：
二、施加載荷
點擊初始值 1：溫度默認單位 K，可修改為℃； 熱絕緣 1：默認選擇所有邊界； 右鍵“固體傳熱”，添加溫度，邊界選擇輸入載荷的區域；
左側溫度
右側溫度
上下兩側熱絕緣
三、穩態計算
點擊“研究”開始計算，仿真完成后，結果下面自動出現“溫度”；點擊溫度→體，出現仿真結果圖；可通過派生值→全局計算，計算自己所需要的值。
四、瞬態計算
右側任務欄：預置研究→瞬態； 研究 2 →步驟 1：研究設定； 時間單位：可設置為 s；時間：設置仿真時間范圍及步長；
仿真完成后，結果下面自動出現 “溫度”； 點擊溫度→表面。出現仿真結果圖。可看到溫升變化，和穩態保持一致； 派生值，右鍵，“體最大值”，會在仿真圖下方出現“表格 2”，自動將時間和溫度的對應變化列出來；
中間區域隨時間溫升情況
有問題聯系：
展開 Fluent仿真后處理實戰技巧（二）
Fluent穩態問題的仿真，與時間無關，計算收斂后最終得到一個包含結果數據的.dat文件；而Fluent瞬態問題的仿真過程與時間有關，用戶根據仿真需求設定保存數據的時間間隔，在每個間隔時刻有一個包含該時刻結果數據的.dat文件，最終是一系列按時間排序的.dat文件，如圖1所示。
圖1 瞬態仿真數據.dat文件
穩態仿真問題的后處理，只需要針對一個.dat文件；而瞬態仿真問題的后處理，需要處理數量相當龐大的一系列.dat文件。本文是后處理系列的第二篇，將重點分享瞬態仿真后處理的一些技巧。
1.標記時刻
考慮到瞬態仿真計算的一系列.dat文件，每個.dat文件都含有對應時刻的仿真結果數據，那么在CFD-Post后處理得到結果之前，標記時刻來區分不同時刻的結果是非常重要的。
打開
CFD-Post
模塊時，默認出現的是瞬態計算最后一次保存的
.dat
文件的數據。
展開 ABAQUS非穩態切削仿真實例
一直想寫一個關于ABAQUS非穩態切削的例子，只因為忙，所以一直沒機會，近來也有很多人對ABAQUS經典例題3上的例子提出了很多問題，為此，今天在此介紹一下非穩態切削的相關內容，主要針對仿真過程分析的要點進行一個闡述，同時回答一下大家的問題，我的理解也不一定正確，大家一起探討才能促進切削仿真的不斷進步。
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切削仿真軟件的比較：目前用于切削的軟件很多，如ABAQUS,LS-DYNA,DEFROM,ADVANTAGE,Marc等，ABAQUS的優勢在于非線性處理能力強，有熱力耦合的直接分析步，可以對切削過程進行較為準確的仿真分析，目前國際上用的最多，而且由于ABAQUS可以利用子程序和python進行很多定制的開發，從而為問題的解決提供了更好的條件。LS-DYNA也可以用于切削分析，但是其擅長領域屬于碰撞等瞬態動力學分析，現在已經納入ANSYS麾下，Marc也是一款具有很好非線性的軟件，但是切削仿真遠沒有ABAQUS方便，而DEFORM在切削，軋制，滾壓等領域已經建立起相對完善的仿真界面，但是整體上計算結果好像與實際有些差距，其在切削領域采用的仍為網格重畫方法。而ADVANTAGE在切削領域算是最專業的了，這款軟件建立了龐大的切削數據庫，而且具有完善的切削，銑削，鉆削等加工方法的仿真分析，缺點是材料數據庫如果和他的數據有差異，可能比較麻煩。軟件就介紹到這里，下面主要針對ABAQUS的非穩態切削做一下簡單的說明，希望能為切削領域探索的各位達人一點啟示吧！
展開 Maxwell穩態磁場求解器仿真實例一
仿真模擬值FZ=0.57657（+Z方向）。與理論計算值數值誤差為3.4% 方向一致。（由于導線處的磁感線并不是完全朝-X，故X，Y方向的安培力分量此處忽略不計）
更多精彩案例，請關注公眾號：ANSYS有限元仿真
simulationX
新的頻域內扭振分析模塊 | 借助新的扭振分析模塊及有效的模型庫元件，SimulationX加強了對帶有內燃機，電機，齒輪及典型負載的驅動系統的穩態分析。該模塊包括專門的線性和非線性模型用于增強SimulationX的穩態仿真能力以及對驅動系統評價和認定。扭振分析模塊的開放架構允許用戶對其進行輕松的修改和增強。
增強了CAD導入 | 除了Pro/ENGINEER外，SimulationX3.4目前也支持Solidworks的導入。增強的CAD導入元件目前允許對其幾何約束進行定義。所創建的模型元件依據定義的幾何約束進行連接，其結構視圖中的位置關系直接從CAD中提取。對模塊管理的加強顯著減少了人工建模的復雜性以及導入CAD模型時的錯誤率。
增強了CVODE及代碼輸出的魯棒性和性能 | 由于對線性方程求解及事件處理的優化，以及更有效的雅克比矩陣計算，CVODE求解器在魯棒性及計算速度上都得到了優化。特別是大模型的變量計算得到了明顯的優化。SimulationX 中Modelica編譯器的優化以及公共子式的連續使用能夠生成更有效的C代碼。這減少了應用SimulationX模型進行實時仿真時所需要的計算時間，反之能夠計算更復雜的模型。
顯著提升穩態仿真的計算速度 | 新的"線性插值法"中改進的步長控制顯著減少了計算時間。在一些典型的應用中，例如船用燃機驅動系統或者建筑機械等，仿真時間縮短了10倍。
涵蓋了全部的Modelica語言 | SimulationX3.4大大增強了模型處理，由于完全涵蓋了Modelica3.1，對熟練的Modelica語言使用者來說十分容易上手。標準化的建模語言增加了使用SimulationX建模的效率。
展開 
【CFD教程】3分鐘學會兩相流非穩態水壩潰堤仿真
求解參數設置
雙擊 仿真> 求解控制 ，增大計算步數到10000步，勾選輸出迭代頻率，每300步保存一次結果。
圖10 求解控制設置
四、初始化及求解計算
1. 初始流場設置
雙擊 仿真> 初始化，剛才已經設置了水的位置，除水外，其它區域都是空氣。把空氣體積分設為1，水的改為0，如圖所示；
圖11 初始化設置
2.求解計算
選擇菜單欄 求解> 求解> 直接求解> 并行，開始計算。
圖12 運行求解器
圖13 選擇求解模式
五、后處理
1. 監控曲線
點擊監控，查看殘差曲線；
圖14 殘差曲線
2. 可視化結果
a. 創建面：單擊菜單欄 后處理> 面，Z法向，變量選擇密度，確定。紅色代表密度大，是水，藍色是空氣；
圖15 查看水流位置
b. 動畫：單擊菜單欄 后處理> 動畫，位置選剛剛創建的平面，點擊播放，可以看到水流過程了。
圖16 動畫展示
展開 AnsysWB-IGBT芯片穩態熱仿真 ￥30
絕緣柵雙極性晶體管模塊（IGBT模塊）因其能夠承受高電壓、導通強電流，同時快速切換兩種模式，成為大功率系統的熱門選擇。
該模塊由多個安裝在銅底板頂部的IGBT芯片組成，底部配有散熱器。在模塊中，電流因電阻損耗而產生熱量，這也被稱為焦耳熱。雖然散熱器以相對恒定的速率散熱，但模塊的開關以及隨后電流密度和熱源的增減會導致模塊以循環的方式加熱和冷卻。這種反復的熱膨脹和機械變形會導致機械疲勞[1]，特別是在鍵合線和芯片金屬化層之間的連接點處。
COMSOL壓電懸臂梁仿真，在求解穩態時出現了錯誤是什么情況
COMSOL壓電懸臂梁仿真，在求解穩態時出現了錯誤是什么情況
【熱仿真】穩態和瞬態計算方法 ￥20
序號
符號
示意
Card image
示意
數值
單位
1
E
Young’s modulus
MAT1
楊氏模量
210000
MPa
2
NU
Poisson’s ratio
泊松比
0.3
/
3
RHO
Material density
密度
7.85*10^-9
t/mm^3
4
A
Thermal expansion coefficient
線膨脹系數
1*10^-5
/℃
5
K
Thermal conductivity
MAT4
導熱系數
73
mW/(mm·℃)
6
H
Heat transfer coefficient
傳熱系數
0.040
mW/(mm^2·℃)
展開 