北京衡祖仿真帶大家了解技術(shù)原理解析， 面向超大規(guī)模結(jié)構(gòu)的無網(wǎng)格分析軟件Altair ，自從面世以來，受到廣大工程師的 是面向設(shè)計(jì)師、工程師和分析師的顛覆性仿真技術(shù)，可在幾分鐘內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的 CAD 裝配體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。它消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)仿真中非常耗時(shí)、非常專業(yè)且非常易出錯(cuò)的兩項(xiàng)任務(wù)：幾何準(zhǔn)備和網(wǎng)格劃分。

技術(shù)原理解析

技術(shù)利用復(fù)雜多項(xiàng)式和非多項(xiàng)式函數(shù)逼近求解域。它是傳統(tǒng)有限元分析的一種替代方法，在傳統(tǒng)有限元分析中，近似值是由通用單元構(gòu)建的原始插值多項(xiàng)式實(shí)現(xiàn)的，這些通用單元僅限于六面體、四面體、五面體等具有規(guī)則外形的幾何體將應(yīng)用函數(shù)類顯著擴(kuò)展到適應(yīng)于特定求解方案的函數(shù)，包括先驗(yàn)的、滿足某些求解特征的函數(shù)，如不可壓縮條件、平衡方程和特殊幾何特征的漸進(jìn)分析等。外部相似數(shù)學(xué)理論的突破性進(jìn)展，可以將基函數(shù)與基礎(chǔ)幾何形狀解耦，使得智能基函數(shù)調(diào)節(jié)成為可能。00終的求解函數(shù)是在求解序列中從通用集中動(dòng)態(tài)構(gòu)建的。通用集總是完備的，它們的近似屬性在所有的變換中都保持不變。基函數(shù)的這個(gè)屬性使得自適應(yīng)策略的開發(fā)成為可能，它可以根據(jù)需要對(duì)局部區(qū)域中的通用集進(jìn)行細(xì)化，以提高數(shù)值求解的準(zhǔn)確性。在中，數(shù)值方法基本概念的擴(kuò)展包括重新定義自由度（DOF）的基本概念中的自由度（DOF），不是傳統(tǒng)有限元分析中固有的點(diǎn)自由度（DOF），而是以體積、面積、線云、點(diǎn)云的形式提供幾何支持的函數(shù)，使具備處理幾何缺陷和裝配接觸缺陷的能力，如間隙、穿透和不規(guī)則接觸區(qū)域等。

2、 傳統(tǒng)有限元建模誤差的來源

在設(shè)計(jì)過程中實(shí)施仿真分析，意味著將以分析結(jié)果為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)決策。因此，采用可預(yù)測(cè)精度的分析工具就顯得非常重要。因?yàn)閿?shù)值計(jì)算本身就是近似計(jì)算，在建模過程中也存在許多誤差源，所以分析結(jié)果驗(yàn)證是個(gè)非常復(fù)雜的問題。主要的誤差源包括：建模誤差和近似誤差。建模誤差主要由幾何處理過程產(chǎn)生。在采用傳統(tǒng)有限元分析時(shí)，需要將CAD幾何結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，以更好地劃分網(wǎng)格，這些操作將引入一定的誤差。幾何處理過程有很多步驟，比如裝配體簡(jiǎn)化、去除零件的幾何細(xì)節(jié)特征、面簡(jiǎn)化處理、幾何面清理等。將連續(xù)結(jié)構(gòu)體成功地轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格是進(jìn)行傳統(tǒng)有限元分析的先決條件。即使僅僅關(guān)心全局位移，也需要對(duì)一些非常小的幾何細(xì)節(jié)進(jìn)行網(wǎng)格剖分。此外，劃分網(wǎng)格需要使用合適的單元類型和單元形狀（沒有畸變，長寬比合適），還需要足夠的單元數(shù)量模擬預(yù)期的應(yīng)力模式。對(duì)于復(fù)雜的零件來說，達(dá)到這些質(zhì)量要求是非常困難的。自適應(yīng)網(wǎng)格重新劃分可能會(huì)滿足數(shù)值求解要求，但在許多情況下是不實(shí)用的，在設(shè)計(jì)分析中也并不常見。對(duì)于裝配體來講上述問題會(huì)更加突出，為獲得有意義的分析結(jié)果，接觸區(qū)域的網(wǎng)格不但是可共用的，而且還要求很好的質(zhì)量。對(duì)于多尺度裝配體來說，這一要求在實(shí)際上是不可能到達(dá)的，裝配體中大的零件要靠小的零件來連接，如螺帽、螺栓、鉚釘、銷等。

裝配體簡(jiǎn)化也往往取決于求解方法。圖2為一些小零件簡(jiǎn)化方式的示例，在進(jìn)行靜力學(xué)分析時(shí)，這些零件可以被簡(jiǎn)單地刪除，但在動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，為不改變結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布，這些小零件需要等效為質(zhì)量點(diǎn)或者具有6個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的等效物體。傳統(tǒng)有限元分析中，連接件按特殊單元建模也會(huì)引入誤差。螺栓和焊縫的問題在于需要特殊單元和網(wǎng)格模式才能對(duì)它們進(jìn)行充分的建模。圖1中左圖是用梁?jiǎn)卧椭螚U代替螺栓的連接簡(jiǎn)化示例。

00后的障礙在于模型求解。即使幾何模型能夠成功地劃分網(wǎng)格，找到求解方法仍然存在不確定性。利用傳統(tǒng)有限元分析方法時(shí)，即使對(duì)復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)劃分完網(wǎng)格，也會(huì)因模型太大導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間過長，或者因單元質(zhì)量差導(dǎo)致數(shù)值計(jì)算不穩(wěn)定。在傳統(tǒng)有限元分析流程中，要控制這些可能的誤差源非常復(fù)雜，需要耗費(fèi)大量的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本對(duì)工程人員進(jìn)行培訓(xùn)再培訓(xùn)。不經(jīng)常進(jìn)行仿真模擬時(shí)，問題尤為突出，因?yàn)闆]有正確地使用用戶界面流程導(dǎo)致的錯(cuò)誤是非常常見的。

SimSolid軟件雖然是個(gè)新的分析工具，但是它經(jīng)過了Altair公司和其他各工業(yè)領(lǐng)域公司廣泛的測(cè)試，并編制了驗(yàn)證手冊(cè)，其中包括標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量驗(yàn)證流程的一部分測(cè)試。下圖為其中的一個(gè)驗(yàn)證手冊(cè)中的一個(gè)例子拉伸載荷下的帶孔薄板受力分析。

3、總結(jié)

為使仿真能夠?qū)崿F(xiàn)地驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，在工作中需要每一個(gè)概念設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)修改同步進(jìn)行。傳統(tǒng)有限元分析方法的復(fù)雜性限制了它繁瑣設(shè)計(jì)條件之外的應(yīng)用。對(duì)設(shè)計(jì)幾何的直接仿真，可以為工程技術(shù)人員提供一種快速、有效的技術(shù)手段，從而獲得更好設(shè)計(jì)方案軟件可以提供這樣的技術(shù)手段，不但避免了耗時(shí)且需要廣泛專業(yè)知識(shí)的幾何簡(jiǎn)化，如去除幾何細(xì)節(jié)和抽取中面，而且從根本上不用網(wǎng)格。