国产自主CAE软件助力工业产品研发课件

,8/13/2019,#,国产自主CAE软件助力工业产品研发课件,1,01,CA,E,软件国内外概况,DIRECTORY,目录,02,核心,CA,E,产品,03,公司简介,01CAE软件国内外概况DIRECTORY02核心CAE产品,2,工业软件极端重要,“,缺芯少,魂,”,工业软件是工业创新和,制,造,的,灵,魂。,工业仿真软件是产品创,新,的,核,心,软件,工业软件极端重要“缺芯少魂”,3,1960,Ray,W.Clough,教授正式提出,有限元,法,FEM,19,6,3,MSC,公司,成,立,开,发第一,个,软件,程 序，,NASTRAN,的前身,SADSAM,1971,MARC,公,司,成立，,推出第一,个,商业非 线性有限元程序,1985,Alatir,公司成立,，,并于,1989,年发布,著名的前后处理,软件,HyperMesh,1988,Fluent,公司成立,，,推出了通用,CFD 软件包,FLUENT,1988,John,Hallquist,创建,LSTC,公,司,，推出软件包,LS-DYNA,1970,Swanson,成立,SAS,公司,，,第,一,个,版,本,的,ANSYS,诞生,1978,HKS,公,司,成,立,，,推出Abaqus软件,2005,MS,C,公司推出,MSC.Nastran,1994,Swanson,出售,SAS,公司,，,随,后,ANS,Y,S,公司,在底特律成立,2006,2008,1967,SDRC,公司成立,，,隔年发,布,第一,个,动力学,测,试及,模 态分析软件包,2009,2001,EDS,收购,SDRC，,并将其与,U,G,S 合并重组,2003,ANSYS,公司收,购CFX,达索公司收购,Abaqus,ANSYS,公司收,购,Fluent,ANSYS,公司收,购,Ansoft,公司,西 门 子 收,购,UGS,公司,2017,达索收购EXA,1997,达索公,司,收,购,SolidWorks,达索公,司,发,布,1997,C,A,TI,A,1984,Ansoft,公司成立,国外CAE软件发展历程,1960,1990,1970,2000,1980,探索起源期,蓬勃发展期,发展壮大期,主要依托国,家,或,大,学,，分析对象主要是 航空航天设备,结,构,的,强,度,、刚度以及模,态实验和分析问题。,进入70年代,，,有,限元,理论,趋,于,成熟,，CAE,市,场中,先,后出,现,了诸,多 的,CAE,软件。,进入,90,年,代,，大,的软,件公,司,并,购,小,的,、专,业的,软 件商,，CAE,软件本身的功能得到极大的提升。,1960 Ray W.Clough 教授正式提出 有限元法,4,项目,达索,西门子,ALTAIR,MSC,ANSYS,CAD,软件,CATIA/SOLIDWORKS,NX.UG/SolidEdge,PDM,平台,ENOVIA,Teamcenter,系统仿真,Dymola,AMESim,MSC.EASY5,多体动力学仿真,Simpack,VL,Motion,MotionSOLVE,MSC.ADAMS,ANSYS,Motion,通用前处理,FEMAP,Hyp,ermesh/,HyperView,MSC.PATRAN,通用结构分析,CATIA/CAE,NX.NASTRAN,OptiSTRUCT,MSC.NASTRAN,ANSYS,Mechanical/Structure,结构非线性（隐式）,ABAQUS,MSC.MARC,动力非线性（显式,）/,流固耦合,（EULER,法）,ABAQUS,Explicit,RADIOSS,MSC.DYTRAN,ANSYS.DYNA/ANSYS.AUTODYN,流体仿真,STAR-CD,AcuSolve,FLUENT/CFX,噪音分析,SYSNOISE,MSC.ACTRAN,专业热分析,（,电子散热）,FLOTHERM,MSC.SINDA,ICEPACK,电磁场,CST,FEKO/FLUX,ANSYS HFSS/ANSYS,MAXWELL,疲劳寿命分析,FE-Safe,VL,Durability,MSC.Fatigue,ANSYS.Fatigue,拓扑优化,TOSCA,OptiSTRUCT,多学科优化,iSIGHT,OptiSTRUCT,多物理场仿真,ANSYS,Multiphysics,SDM,平台,SDM,平台,MSC.SimManager,钣金成型,HyperForm,塑料成型,铸造仿真,锻造仿真,MSC.Simufact,复合材料仿真,HyperLaminate,MSC.PatranLaminate,EDA,Mentor,国外工业仿真软件一览表,项目达索西门子ALTAIRMSCANSYSCAD软件CATI,5,全球范围内CA,E,市场分析,流体 21%,电磁 23%,结构 37%,其他 19%,2017,年，,全,球,CAE,市场规模为,57,亿,美,元,。,2014年全球,CAE,市场领域细分,全球范围内CAE市场分析流体 21%电磁 23%结构,6,数学家,冯,康几,乎,与,国,外同步,给,出了,有,限,元 法的数学证,明,。,60年代,70年代,80年代,90年代,21世纪,钱,令希教授提,出,“结构,力,学中的最优化设计,理,论,与方,法,”。大连理工,大,学,研制,出,JE,FI,X,有限,元,软件。航空工业部研,制了,HAJIF,系列程序。,我国自主,CAE,软件涌,现,出,一,批,代,表,，,有 SAP-84、,FEM,、,BDP-,建,筑,工,程设,计,软,件包、,F,E,P,S,、,SE,F,E,M,、,YIDOYU,等。,大批国外,CAE,软件涌,入国内,市,场,，,国,内,自,主研发,CAE,软件受到,强烈打,压,，,逐,渐,拉,开,了与国外,CAE,软件的,距离。,2007,年,，,关,于发,展,事,关,国,家,竞,争力,和,国家,安,全,战,略,的,CAE,软,件,产,业,的,建 议。,国内自主知识产权,CAE,软,件逐渐市场化,，,CAE,等一批国内自研,C,A,E软件,逐渐崭露头角。,国内CAE软件发展历程,数学家冯康几乎与国 外同步给出了有限元 法的数学证明。60年,7,CA,E,软件国内市场份额,流体,16%,电磁 22%,结构,36%,其他 26%,2017年，国内,CAE,市场达到近5.5亿,美,元。,2014,年国内CAE市场领域细分,CAE软件国内市场份额流体电磁 22%结构其他 26%2,8,美国政府尤其重视建模仿真技,术在制造业中的发展应用，,将,建模、模拟和分析的高性能计 算视为美国制造业竞争力战略,的王牌,。,高性能计算能力快速发展为,CAE,软件大规模应用,提供广阔空,间,。,工业,4.,0,带,动,了全,球,C,A,E,行业的,重新洗,牌,，,以西门子、达索,、,Ansy,s,为,代,表的,国,外企,业,正,在,展 开全球大收,购,。,项目,一,CA,E,软件发展态势分析,CAE,软件经过近,60,年,发,展,，,已非,常成熟,，,其,可,用,性,、,可,靠,性、,可,信度已基,本,解,决,，,已成,为,高端,装 备和智能制造核心能力之一。,美国政府尤其重视建模仿真技 术在制造业中的发展应用，将 建模,9,中国制造2025,开发一批具有自主知,识产权的关键设计工,具软件。,军民融合上升为 国家战略,信息化与工业化,深度融合,中国高性能 计算能力走向 世界前列,国家对C,AE,软件 提出自主可控 要求,国产CAE软件面临良好的发展机遇,国产CAE软件面临良好的发展机遇,10,01,CA,E,软件国内外概况,DIRECTORY,目录,02,核心,CAE产品,03,公司简介,01CAE软件国内外概况DIRECTORY02核心CAE产品,11,公司产品研发目标,前处理,导入模型,划分网格,设定边界条件,求解,计算机求解,后处理,根据需要查看结果,70,%,时间,25,%,时间,5,%,时间,更易用,前处理简化 降低仿真门槛,添加标题,01,02,03,高精度,用得起,先进算法 计算更准确,构建工业仿真,云生态系统,传统CAE数值仿真工作流程,产品研发三大目标,公司产品研发目标前处理求解后处理70%时间25%时间5%时间,12,公司仿真软件的核心算法,RKPM,等离子算法,MPM,BM,基于分子动力学 的流体学数值模,拟算法,基 于 粒 子 算,法,（,RKPM),的结构,应力学数值模拟,算法,基于,物,质,点,法,的,流固 热耦,合,，,热,流,场,数,值 模拟算法,基于,等,离,子,算,法的,电,磁散,射,和,声,音,传,播,的 数值模拟算法,Explicit,Algo,r,i,th,m,公司仿真软件的核心算法RKPM等离子算法MPMBM基于分子动,13,公司核心产品线,流体,-,A,r,i,e,s,噪声,-Taurus,多学科,-,EMT,结构,-,V,ir,go,电磁,-,LEO,光学,-,S,T,OP,公司核心产品线流体-Aries噪声-Taurus多学科-EM,14,流体,-,Aries,流体-Aries,15,流体力学,分子动力学,连续介质力学,Euler,Navier-Stokes,Burnett,精确方法,统计方法,分子动力学,D,SMC,Boltzmann,Chapman-Enskog,连续流,Knudsen,数,=,/L,0.1,过渡流滑移流,自由分子流,常规流体,0.001,微观,介观,宏观,稀薄气体,10,GK,L,B,M,流体力学细分,基于N,-,S方程,F,c,t+,dt,r,r+cdt,分子动力学模型,基于,Boltzmann,方程,流体力学分子动力学连续介质力学EulerNavier-Sto,16,连 续 介 质 假 设,目前主流 CFD,软件 面临的难点,极端工况,高空,高速,全瞬态,低密度,航空航天、兵器、电子,实际工程,复杂模型,大尺度计算域,复杂流场,六自由度运动,交通运输、建筑、精密,仪,器,目前主,流,CF,D,软件面临的难点,连 续 介 质 假 设目前主流 CFD软件 面临的难点极端工,17,基于分子动力学软件优点,全细节几何模型直接求解,省却模型简化时间和引,起,的误差,支持高超音速、稀薄气,体,气动,计,算,超过,10000,核时,也有完全线性的并行计,算,效率,无网格算法，无需人工,划,分网格,CF,D,软件,分类,基于分子动力学,的大型流体分析,Arie,s,-基于分子动力学的流体仿真软件,用差分格式来离散、传,统,的,、,基于,N-S,方程的、稳态,1.“,隐式求解,CFD”,软件,CFX，Fluent，Star-CD，Numeca,Fastran,CFD+,时间推进、基于分子动力学、全瞬,态,、基 于波尔兹曼方程精确计算,2.“,显式求解,CFD”,软件,Aries,PowerFLOW,基于分子动力学软件优点全细节几何模型直接求解支持高超音速、稀,18,多核并行运算,Aries,软件基,于,Boltzmann,方,程算,法,，并对碰撞项做了线性化处理，理论上可达到并行核数与,并行效率成线性化关系的效果。,目前在实际测试使用过程中，并行所用最高核数为10000核，计算效率随并行核数线性递增。,2000核并行运算测试,8,7,6,5,4,3,2,1,0,0,5,00,1,5,0,0,2,0,0,0,加速倍数,1000,并行核数,7,6,5,4,3,2,1,0,0,加速倍数,2,0,0,0,4,0,0,0,6,0,0,0,8,0,0,0,1,0,0,00,1,2,0,00,并行核数,11200核并行运算测试,多核并行运算Aries软件基于Boltzmann方程算法，并,19,Arie,s,应,用,-主起落架气动力计算,Aries应用-主起落架气动力计算,20,Arie,s,应用-高空高超音速模拟,运,用,DSMC,方法,，,实,践,统,计,力学,思,想,，深,入,微,观,层,级,模,拟分,子,碰撞规律，,