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1、刘敦远达索系统仿真技术顾问SIMULIA多学科仿真与优化应用案例SIMULIA品牌与产品总览Abaqus POP结构仿真产品Abaqus材料非线性解决方案达索CFD整体解决方案内 容生物地球物理电磁 流体热控制多学科结构多物理场多尺度功能性逻辑物理介观连续材料科学物理(微观 非连续体)化学A platform for knowledge and know-howas anoperatingsystemas abusinessmodel3DS.COM Dassault Systmes|8/13/2023|ref.:3DS_Document_2016 Dassault Systmes|8/13/2

2、023|ref.:3DS_Document_2019多学科的SIMULIA仿真产品线Isight流程Simpack多体 CST Studio Suite Opera电磁PowerFLOWXFlow3DEXPERIENCE FMK流体Abaqus结构ToscaIsight优化Fe-safe疲劳Wave6噪声63DS.COM Dassault Systmes 6结构仿真广泛应用在11个行业汽车与交通运输底盘车身轮胎内饰耐撞性制动系统动力传动系统汽车电子航空航天与国防 航空电子设备起落架航空结构航空发动机复合材料国防系统太空系统能源钻井平台和管道上的波浪荷载管道和压力容器热应力分析爆破荷载跌落或冲击

3、工业设备非线性应力分析热分析循环加载柔性多体动力学土与结构相互作用消费品包装塑料和玻璃成型输送系统容器跌落压力分析运输载荷瓶子密封粘结剥离高科技焊点的热循环热应力/湿应力跌落试验振动分析半导体电路板穿戴设备电脑及外设产品生命科学与医疗组织建模外科设备血管支架药物输送骨科医疗产品包装虚拟人体建筑与工程地震荷载火灾造成的结构完整性混凝土分析土壤-孔隙相互作用结构失效极限钢结构稳定性Abaqus POP结构仿真产品 Dassault Systmes|Confidential Information|8/13/2023|ref.:3DS_Document_20208SIMULIA Abaqus结构产品

4、组合-POP产品疲劳及寿命分析 疲劳分析疲劳分析 耐久性预测耐久性预测过程自动化和多目标参数优化 设计设计/运行时网关运行时网关 应用程序组件应用程序组件 过程驱动程序过程驱动程序隐式与显式多物理场仿真 Abaqus/CAE Abaqus/Standard Abaqus/Explicit CEL,SPH,DEM,EMAG结构/流体拓扑优化 结构与流体优化结构与流体优化 概念及详细设计概念及详细设计 拓扑、尺寸、形状、流道优化拓扑、尺寸、形状、流道优化 Dassault Systmes|Confidential Information|8/13/2023|ref.:3DS_Document_20

5、209FEA 和多物理场进行逼真的模拟适用于各种工业应用的完整解决方案复杂材料、组件、接触、断裂、失效和耐久性借助高性能计算(HPC)实现快速周转SIMULIA Structures Simulation TechnologyAbaqus 结构有限元结构有限元,Fe-safe 疲劳疲劳&Tosca 优化优化 Dassault Systmes|Confidential Information|8/13/2023|ref.:3DS_Document_202010SIMULIA Automation&Optimization Technology多目标优化开放式组件框架自动化流程执行、分发和并行化，

6、监控执行计算执行、结果可视化和后处理仿真流程搭建Isight 仿真过程自动化与设计探索仿真过程自动化与设计探索 Dassault Systmes|Confidential Information|8/13/2023|ref.:3DS_Document_202011SIMULIAs Power of the Portfolio Dassault Systmes|Confidential Information|8/13/2023|ref.:3DS_Document_202012Abaqus/StandardAbaqus/Explicit 隐式线性与非线性FEA 结构与非结构应用 耦合场问题如声固

7、耦合，磁热耦合，电热耦合 高度非线性问题显式动力学 准静态动力学问题 耦合物理场如流固耦合，热固耦合Abaqus/Linear Dynamics 频率/屈曲 NVH 子结构 AMS求解器 Dassault Systmes|Confidential Information|8/13/2023|ref.:3DS_Document_202013Abaqus多物理场Coupled Eulerian-Lagrangian(CEL)Smoothed Particle Hydrodynamics(SPH)Descrte Element Method(DEM)Low Frequency Electromagn

8、etics(EM)Co-simulation TechnologyExtended Finite Element Method(XFEM)Dassault Systmes|Confidential Information|8/13/2023|ref.:3DS_Document_202014CEL 耦合欧拉朗格朗日金属锻压成型冲击载荷容器晃动枪筒爆炸 Dassault Systmes|Confidential Information|8/13/2023|ref.:3DS_Document_202015SPH 光滑粒子流u适用于极大的变形或剧烈的流体流动液滴飞溅泵充水喷嘴喷射工艺仿真冰块冲击 Da

9、ssault Systmes|Confidential Information|8/13/2023|ref.:3DS_Document_202016DEM 离散元方法 Dassault Systmes|Confidential Information|8/13/2023|ref.:3DS_Document_202017Co-simulation联合仿真Abaqus/Explicit 与 SC/Tetra-Cradle联合仿真Abaqus/Standard 与Abaqus/Explicit联合仿真(车身用Standard,轮胎/路面用Explicit)XFlow+Abaqus双向流固耦合Abaq

10、us在非线性材料中的应用1.橡胶基础数据测试技术及仿真数据库 2.橡胶元件的精确求解技术3.橡胶元件寿命、疲劳预测4.橡胶密封性能模拟5.橡胶硫化过程数值模拟6.橡胶磨损仿真7.橡胶元件稳定性及蠕变问题橡胶元件仿真领域的关键技术1.橡胶基础数据测试技术及仿真数据库 站在仿真分析的角度，橡胶弹性元件的基础测试技术包括：橡胶材料基础弹性应力测试技术（用于评估元件的静态刚度及应力状态）橡胶材料基础粘性应力测试技术（用于评估元件的动态刚度和蠕变特性）橡胶材料基础疲劳应力测试技术（用于评估元件的疲劳性能）弹性基础应力测试技术的测试试验主要包括：橡胶材料的单向拉伸、双向拉伸、平面拉伸及体积压缩试验；粘性基

11、础应力测试技术的测试试验则主要包括：橡胶材料的应变率实验和橡胶材料的粘性实验，疲劳基础应力测试技术的测试试验主要包括：动、静态撕裂能实验、SN 曲线及 Haigh 曲线实验；除此之外橡胶材料测试技术还包括橡胶材料的 热应力测试：橡胶材料的热膨胀系数，热传导，比热以及热扩散系数测试试验。达索系统和国内众多实验室合作，硬软件配合，更好的帮助企业建立自己的橡胶数据库以及仿真数据库2.橡胶元件的精确求解技术橡胶弹性元件，其承载特性就是大变形、大应变，并表现出高度的非线性特征，利用abaqus有限元技术模拟其承载特性，目前最先进的技术主要包括：网格布局&成型 技术、材料本构优化技术、显式积分求解技术。其

12、中网格布局及网格成型技术是根据模型及承载特性，以顺应模型的变形趋势为基点来布局网格，并以六面体为网格主体来生成网格模型，这种网格布局及网 格模型能大幅度提升模型的收敛特性，甚至能完成70%以上的超大变形的计算，是目 前建模分析最工程化、最高效的仿真计算方法。本构优化技术则是在确保拟合精度的前提下，通过选择合适的本构方 程来优化一组或多组能提升分析收敛性的 材料参数，是工程上处理材料参数、提升 程序收敛性的一个重要方法；显式求解技术，则主要是针对在使用网格布局及本 构优化技术后，模型依然无法完成收敛的 情况下，通过调整影响或控制求解时间的质量缩放来加快计算进程以使求解在可接 受的范围内，并获得工

13、程上可以接受的结 果的一种计算方法。案例一：显式隐式联合仿真解决橡胶收敛性问题将橡胶元件的受力分析看成准静态问题，采用显式积分法进行求解，成功实现对橡胶弹簧产品垂向大变形的分析预测，结论如下：采用显式积分进行求解是解决橡胶大变形分析问题的一个重要方法。显式积分进行橡胶大变形准静态分析时，分析的关键是要设置合适的加载方式、网格大小和质量缩放系数等模型参数，使结果尽量接近静态分析结果。可以通过检查结果动能的情况来进行判定。对于大变形，收敛困难的橡胶问题，用显式积分求解可以得到完整的载荷位移曲线，通过检测曲线是否存在明显的振荡，以及比较其与用隐式积分求解出的非完整载荷位移曲线的吻合程度，可以初步判断

14、显式积分的分析结果是否满足精度要求。案例二：网格重划在橡胶大变形分析中的应用3.橡胶元件寿命、疲劳预测预测橡胶元件的疲劳问题，主要有两大技术方向：一是以疲劳工程技术为主体的预测方法，通过研究材料的Haigh曲线，结合安全因子对所评估的弹性元件 进行疲劳修正；另一种疲劳技术，则是建立在纯橡胶疲劳理论的基础上，通过研究橡胶材料的动态撕裂能的扩展方式，以程序的方式实现对橡胶元件疲劳特性的模拟计算，其核心程序现已成为abaqus-fesafe-rubber标准技术程序，是橡胶工程界目前主要的应用途径。案例三：锥形橡胶疲劳寿命预测q 锥型橡胶弹簧：轨道车辆转向架的关键部件，产品由衬套、橡胶、心轴三部分组

15、成；q 仿真流程：主要利用 Abaqus 计算产品在疲劳试验各工况载荷下的应力场分布情 况，再将该应力场分布结果导入到 Fe-safe 中进行疲劳寿命分析计算，最后再将计算完的疲 劳寿命结果导入到 Abaqus 中进行后处理，查看橡胶产品的疲劳寿命情况。q 材料参数：产品中衬套和心轴均是采用金属材料 Q235A 制作，橡胶部分采用天然橡胶制作。橡胶材料是一种具有超弹性、黏弹性特质的材料，这里采用 Ogden 本构模型来模拟该橡胶材料属性，计算时 Ogden 模型取 5 阶参数案例三：锥形橡胶疲劳寿命预测垂向疲劳试验：如图 9 所示，为产品垂向疲劳寿命云图，从图 9 可以看出，橡胶部分的 最短寿

16、命为 3.613e+04 次，最短寿命区域主要在橡胶与心轴最底端相接触处，如图 10 所示，计算得到的破坏区域与产品疲劳试验时的破坏区域相吻合水平疲劳试验：如图 11 所示，为产品水平疲劳寿命云图，从图 11 可以看出，橡胶部分 的最短寿命为 1.319e+05 次，最短寿命区域主要在橡胶与心轴相接触的中心部分靠近对 称面处4.橡胶密封性能模拟橡胶密封件的失效主要表现为密封处的泄漏 和密封件的损坏，最终导致失去密封性，产生泄漏。橡胶密封件的的泄漏主要是因初始压缩量过小，密封密封表面质量差，衬料选择和安装不当等引起的。其原理是依据安装时密封件产生一定的压缩变形，使密封件与密封面紧密贴合，达到堵塞

17、泄漏的目的。如果初始密封量过小，在低压时就会产生泄 漏。由于密封结构多具有复杂的装配关系及几何形状,包含有复杂材料特性的橡胶密封元件,具有非线性本构关系,导致结构受力复杂,承载后出现大 位移、大应变；求解过程中存在复杂的边界条件，并包含接触问题,具有状态非线性，传统的设计方法,，即经验设计和粗略宏观的分析方式，对密封结构的性能评价在实验之前不可预见，并且过分地依赖于设计者的经验，显然已经不能满足现代精确设计的 要求。案例四：橡胶密封垫设计优化案例四：橡胶密封垫设计优化5.橡胶硫化过程数值模拟橡胶元件在硫化过程中，往往容易出现粘合不牢、鼓泡、硫痕、缺胶等不正常的硫化缺陷，而且这些硫化缺陷有些甚至

18、需要在硫化完成后通过破坏性试验才能发现，而通常解决这类硫化问题需要经过多次的 试模和破坏性试验才能完成，因而费时费工，且具有大的被动性和隐蔽性。而橡胶硫化仿真模拟，则是通过建模的方式从理论上仿真再现橡胶元件整体的硫化全过程，从而对产品特定的硫化模具以及硫化工艺条件下形成的胶料填充状态，硫化成熟度，收缩变形等硫化现象进行判断，从而优化 设计出适合产品硫化所需要的的硫化模具和硫化工艺案例五：基于 Abaqus 的橡胶硫化过程数值模拟一款典型的橡胶锥形弹簧，产品由芯轴、橡胶、隔片一、隔片二和 外套五部分组成（产品有限元三维模型见图 2 所示）。该产品广泛地应用于高速客车、地铁 车辆和城市轻轨车辆上。

19、图 3 为该产品的硫化设备结构示意图，产 品外部表明与金属模具相接触，模具的上下表 面通过与平板硫化机的上下热板相接触来进 行加热硫化案例五：基于 Abaqus 的橡胶硫化过程数值模拟根据产品实际生产情况，该产品是连续作业生产，模具在装模时就已经具有了100C 的初始温度，胶料在注胶之前也是进行了预热处理，初始温度为50C。初始温度场只对开 始很短一段时间的热传导有影响。装模后，模具上下表面通过与平板硫化机的上下热板相 接触来进行加热，模具圆柱面与空气相接触，和空气形成对流换热。对产品进行非线性、瞬态热传导分析。分析结果如下所示：借助 Abaqus 强大的后处理功能，可以方便的输出任意时刻任何

20、节点的温度时间曲线图，以产品最外层橡胶截面上 A、B、C（见图 5 所示）三处节点为温度监测对象，得到 A、B、C 三处的硫化温度随时间的 变化关系如图 6 所示。通过节点的温度时间曲线图，就可以得出该点处的硫化程度。图 7 至 图 11 是产品橡胶部分在硫化过程中温度随时间的分布情况。通过这些视图，可以让工艺人 员直观地了解到产品截面上各部位的硫化程度，以便更好的制定硫化工艺。借助 Abaqus 强大的非线性有限元求解功 能，实现了对橡胶金属复合制品硫化过程的数 值模拟，获得了橡胶部分在硫化过程中温度场 随时间变化的曲线。从而成为判断橡胶制品硫化程度的依据，为工艺人员在改进硫化工艺和橡胶配方

21、设计时提供参考和指导基于Abaqus磨损仿真6.橡胶磨损仿真7.橡胶元件稳定性及蠕变问题橡胶材料是一种典型的粘、弹特性材料，具有明显的大变形、大挠度及高度非线性的力学特 性，因此对于大载荷下的橡胶弹性元件，产品使用过程中，可能会出现不同程度的蠕变、甚至稳定性问题，因此，在产品开发过程中，蠕变和失稳问题，是设计者需要解决的一个项目难点。蠕变分析的基本过程是：首先进行橡胶材料 的应力松弛实验，测试得到橡胶材料的应力松弛 数据，选择合适的Prong本构模型对材料数据进行拟合，获得最佳的拟合效果，并通过拟合得到用 于预测轴箱弹簧蠕变特性所需要的材料参数案例六：大挠度橡胶元件稳定性及蠕变问题达索在橡胶行

22、业的整体解决方案橡胶衬套结构、疲劳、优化解决方案uAbaqus Standardu在Abaqus中具体的垫片单元来模拟垫片的非线性力学行为。阀体垫片压力对比仿真与测量。良好的一致性实现.细节的二维横截面实体模型用于得到垫片厚度方向的属性三维的垫片单元网格。厚度方向的力学行为属性由二维的横截面模型得到达索在橡胶行业的整体解决方案橡胶密封圈分析uAbaqus在计算出结果之后，可以将结果转到Fesafe中进行疲劳计算uAbaqus+Fesafeu多轴非线性加载状态u与温度加载结合达索在橡胶行业的整体解决方案疲劳及寿命评估uAbaqus+Fesafe+ToscauAbaqus子模型获取详细的应力状态u

23、Fesafe预测疲劳热点发生严重载荷，并可能导致损伤。uTosca 用于形状优化以防止疲劳Opt.uAbaqus在计算出结果之后，可以将结果转到Fesafe中进行疲劳计算，Tosca用于形状优化达索在橡胶行业的整体解决方案疲劳及寿命评估达索CFD整体解决方案DS Fluid Solutions3DEXPERIENCE CFD 平台嵌入式NS求解器 CAD和PLM嵌入式CFD，支持隐式FSI和CFD+1D 可压缩/不可压缩流动，热分析Navier-StokesPowerFLOW 高精度、低功耗 自动预处理/后处理 验证过的气动热、气动声学和粒子跟踪结果XFlow 具有FSI的真实移动几何体 多相

24、/自由表面流 自适应网格 支持GPU计算Lattice BoltzmannSW FLOW 全中文操作环境 嵌入 SOLIDWORKS 自动边界笛卡尔网格划分 直观的操作界面SIMULIA XFlowu格子玻尔兹曼技术格子玻尔兹曼技术w基于粒子的，高保真的瞬态流预测以及实用的大涡模拟u友好的图形界面友好的图形界面w减少了设置时间，很少的输入u基于壁面模型的大涡模拟基于壁面模型的大涡模拟w复杂几何和动态流动的高精度结果u纯瞬态空气动力学纯瞬态空气动力学w升力和阻力预测，空气动力学设计u自由表面和多相流自由表面和多相流w润滑，涉水，油箱晃动，加油等u具有真实移动部件的复杂具有真实移动部件的复杂FSI

25、 w发动机润滑，飞机演习，各种阀门uGPU加速加速 Killer Applications for XFlow刚体动力学，多相流，任意运动无人机，航空稳定性船无人机垂直起降搅拌器阀门泵螺旋桨发电机组,ConceptsuINTRODUCTION TO GPUsSIMULIA XFlow GPUuImportant bit:w1 GPU=1000-2500 CPU coresXFlow 2022RTX A6000 To get the number of SMs of your card easiest way is to go to:https:/ XFlow GPUu飞机外流场+自适应加密CP

26、U GPU 1st High Lift Prediction Workshop1-2 Days12 Cores22 min in 1 GPU加速比：1400SIMULIA XFlow GPUCPU GPU 风场+污染物6 days in 120 cores4.3h in 1 GPU加速比：4000u城市风场+污染物扩散分析XFlow典型案例|动力总成润滑 指标指标独特价值独特价值润滑润滑/搅动产生的扭矩损耗搅动产生的扭矩损耗数值连续性极少或无需CAD预处理轻松处理运动部件精确模拟多相流解决范围广泛的流动可以考虑热效应的影响呼吸损失呼吸损失/最大表压最大表压润滑油质量分布润滑油质量分布（表面油覆

27、盖）（表面油覆盖）温度分布温度分布气动声学气动声学-关键成功因素关键成功因素瞬态可压缩显式解算器非常低的数值耗散同时解决湍流和声学问题最小几何细节的处理广泛的技术验证和出版物完整的应用程序最佳实践外部和内部噪音验证功能强大而全面的诊断工具模拟过程自动化技术和专家高级支持深厚的行业知识轴流风机应用场景PowerFLOW 风扇噪声:Delphi利用LBM数值耗散低的优势在仿真中准确捕获流动和噪声 流致噪声检测模块确定噪声源 准确预测产生噪声的流动结构和噪声水平Acoustic Power 2500 RPMEXPERIMENTSSIMULATION PowerFLOW重型机械解决方案实现噪声目标并优化声学包设计通过对声学阻尼效应进行精确建模，优化车辆和工业设备中吸声材料的放置和选择在一次运行中准确预测流量/热/噪音详细的结果可视化，以帮助理解物理状态冷却包和隔热材料放置的优化吸音材料根据材料的吸声测试数据自动计算声多孔介质（APM）参数将参数导出和导入到吸声材料库