要实现汽车从“中国制造”到“中国创造”的转变,关键在于创新。当今的市场,新车上市周期越来越短,这就要求企业拥有持续的创新产品开发能力,计算机辅助工程为之提供了必不可少的支撑。
AI:企业的生存与发展离不开创新,说到创新,CAE是无可置疑的排头兵,您认为汽车领域的CAE技术经历了哪些发展?作为业界知名的非线性有限元分析软件的ABAQUS软件在求解器功能方面有哪些特点?
张雁纪先生:随着CAE技术在汽车行业的深入应用,其分析内容也由最初的单一部件的线弹性分析到现在的多部件、系统以及整车级别的非线性分析为主,模型的规模和复杂程度大大提高,对有限元分析软件的要求也越来越高。
ABAQUS软件从一开始就立足于解决工程应用中复杂的非线性问题,在汽车行业得到了广泛的应用。其两个主求解器模块:ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit在同一平台上可以处理相对应的隐式和显式问题,并且二者之间可以进行数据交换,ABAQUS从结构的刚度强度分析、疲劳寿命分析、到整车动力学分析和被动安全与乘员保护分析都得到了广泛的应用,ABAQUS软件实现了用单一软件在一个平台上处理以前需要各种不同的软件才能解决的很多问题,大大节省了成本,提高了工作效率。
AI:ABAQUS软件每年推出一个版本,我了解到在7月份召开的用户大会上有对ABAQUS软件6.7新版本的演讲,请您谈一下新版本即ABAQUS 6.7版比现行的6.6版本新增了哪些先进的功能?
张雁纪先生:ABAQUS保持了每年推出一个新版本的速度,每个版本相对前版本来说都有很大的提高。在新的6.7版本中,除了对一些传统的功能进行了加强和优化以外,还增加了一些创新性的功能,下面我就其中的一些主要功能作一下简单介绍。
在Standard的接触分析中,新的面面接触引入到了有限滑动中,大大提高了接触计算的收敛速度和收敛能力;简化了模型设置,向通用接触的发展又迈出了一大步;提高了计算效率,在Explicit并行计算中的内存占用大为降低,平均达到了30%(同6.6版本相比);在复合材料的前后处理中,6.7版本引入了新的铺层方法,可帮助用户更快捷方便地进行复合材料的建模工作,同时后处理的界面也更为直观;引入了新的自下而上的网格划分技术,使得以前很多只能用四面体网格进行划分的模型,现在可以采用六面体网格,提高了计算精度。
AI:达索系统并购ABAQUS后,开发了ABAQUS For CATIA V5,在CATIA环境中集成ABAQUS软件直接给分析师带来了哪些便利?
张雁纪先生:CATIA V5因其强大的曲面造型功能和处理复杂三维模型的能力在汽车行业有着广范的应用和良好的声誉。 ABAQUS for CATIA V5 与CATIA V5实现无缝连接,用户可以在CATIA V5的操作界面下直接进行几何建模,模型中的点、面和体成为分析模型的一部分来施加载荷、边界条件和接触定义,这样CATIA的模型同时成为ABAQUS的模型,CAD和FEA工程师无需脱离CATIA的界面就可以运用ABAQUS强大的非线性有限元分析功能进行计算,计算得到的结果文件也可以在CATIA中查看,提高了工程师的工作效率。
AI:对于用户而言,大容量的模型库和单元库、快速和高精度的求解、直观易用的用户界面,三个综合因素将成就用户心中的卓越软件产品,请问在以上三方面,ABAQUS是如何做的?
张雁纪先生:ABAQUS拥有各种类型的材料模型库,可以模拟典型的工程材料,如金属、塑料、橡胶、复合材料和可压缩超弹性泡沫材料等,完全可以满足汽车行业的分析应用。同时ABAQUS还具有强大的磨损、断裂和失效分析功能,以便更精确地分析诸如汽车碰撞等复杂的非线性问题。
在单元库方面,除了传统的有限元单元外,ABAQUS提供了一些独特的单元类型:实体壳单元可以让用户不必抽取中面就能够模拟薄壁结构的相互接触作用,并允许单元的边长比很大,可以帮助用户精确模拟冲压件之间的相互接触;修正的二阶十节点四面体单元(C3D10M)允许用户快速划分网格并确保单元的高计算精度,在发动机的分析中有着广泛的应用;连接单元库(connector elements)提供了广泛的机构连接方式来模拟汽车各机构部件之间的连接关系,如铰接、焊点、万向接头等,甚至可以考虑连接单元的失效来模拟机构部件在震动和冲击作用下互相之间的脱开。
快速而高精度的求解是有限元计算的核心内容,除了传统的子结构、子模型以及重新启动等功能以外,从ABAQUS V6.6 开始引入了AMS特征值求解器,其在自然频率的提取过程中自动采用多级子结构的方法,可以高效、快速地对车身或者发动机进行模态分析,此外,ABAQUS提供的基于域分解的并行计算提供了强大的分布式并行计算功能,在处理汽车碰撞、发动机相关分析中大大缩减了所需时间。
直观而友好的用户界面是保证软件可以广范应用、提高可操作性的重要方面。ABAQUS/CAE从引进开始就不断提高自身界面的友好度和可操作性,对关键词的支持不断增多,使得用户不必额外在输出文件里面做相关操作。ABAQUS/CAE将有限元分析的几何模型建立、网格划分、载荷添加、工作管理以及结果的后处理集成于一个一致的使用方便的界面中,使得初学者易于掌握,而经验丰富的用户则更容易提高前后处理的效率。同时,ABAQUS/CAE还允许用户进行针对自身问题的二次开发和界面定制,建立自身的工作流程和方法。
内燃机主轴承座的强度分析
AI:汽车制造业零部件数量巨大、彼此之间联系复杂,您认为汽车领域的仿真分析呈现了什么需求?ABAQUS是怎样满足这些需求的?
张雁纪先生:汽车由上万个零部件组成,这些部件之间相互作用复杂,这就使得汽车的有限元分析涉及了众多领域,例如静态强度校核、动态冲击分析、声学噪音分析及传热分析等。这就要求有线元软件具有静态、准静态、线性动力学、瞬态动力学分析、热固耦合和流固耦合的分析能力。此外,在系统以及整车级别的分析中需要对多个部件之间的连接关系进行考虑,这就要求有限元分析软件既能模拟众多复杂的机械连接关系,又能快速准确地处理部件之间复杂的接触关系。同时,随着分析部件的增多和结构的复杂化,有限元模型的求解规模也大幅提高,对软件的求解速度和系统资源占用亦提出了很高的要求。随着有限元分析的深入,对断裂、失效、磨损等这些高度非线性的问题的要求也越来越高,要求软件能够有效地处理这些复杂的问题。
ABAQUS软件在同一平台上同时具有隐式和显式计算的模块,这使得其可以处理绝大多数的分析问题。众多的连接器单元可以用来模拟复杂的结构,而强大的接触计算功能使ABAQUS能够成功处理诸多复杂模型,此外,ABAQUS不断优化、提高自身的求解器求解方式和计算速度,每个新版本的推出都会大幅提高求解速度、节约客户的计算资源、提高效率。而断裂和失效是ABAQUS近期开发的重点,和众多高端客户的联合研发将保证ABAQUS在此领域处于业内领先的位置。
AI:客户对软件产品的认可并不单单在于软件本身,一大部分在于与软件配套的服务,总体而言,客户对ABAQUS的评价不错,请问在服务方面,ABAQUS是如何实现客户的高满意度的?
张雁纪先生:CAE软件是一种特殊的产品,其本身涉及了数学、力学、计算等多个学科的内容,同时还要把其同自身行业的问题相结合进行相关的应用,因此服务就非常重要。
ABAQUS定期对客户进行拜访并定期提供针对软件本身和某个行业应用的各种初级和高级培训,感兴趣的用户可以参加以提高自身的软件应用水平。同时 ,如果客户在使用过程中发现问题,则可以通过ABAQUS的全球AOSS系统(ABAQUS ONLIE SUPPORT SYSTEM)进行提问,ABAQUS的技术支持工程师除了对ABAQUS软件非常精通以外,还具有深厚的行业背景,这样各领域客户的问题会在最快的时间得到回复。此外,ABAQUS还提供ON-SITE技术支持服务,与客户共同完成相关的问题。
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