数字化仿真实验室简介

数字化仿真实验室

一、实验室简介

本实验室位于长江大学5教507室，隶属于长江大学机械工程学院中心实验室（数字化仿真计算中心）。主要功能是：依托图形工作站集群与Altair HyperWorks系列数字化仿真软件平台，开展结构强度、模态、疲劳耐久、多体动力学、拓扑优化及轻量化设计等数字化仿真教学与科研工作，使学生掌握有限元建模、求解、后处理及结构优化等现代数字化仿真技术，为机械工程、材料成型及控制工程等专业的课程教学、课程设计、毕业设计及科研提供计算与仿真支撑。

二、仪器设备

数字化仿真实验室

前处理软件

软件（型号）：前处理软件（Altair HyperMesh 2023版）

品 牌：Altair（澳汰尔工程软件（上海）有限公司）

分析求解软件

软件（型号）：分析求解软件（Altair OptiStruct 2023版）

品 牌：Altair（澳汰尔工程软件（上海）有限公司）

后处理软件

软件（型号）：后处理软件（Altair HyperView 2023版）

品 牌：Altair（澳汰尔工程软件（上海）有限公司）

拓扑优化/轻量化软件

软件（型号）：拓扑优化/轻量化软件（Altair Inspire 2023版）

品 牌：Altair（澳汰尔工程软件（上海）有限公司）

多体动力学软件

软件（型号）：多体动力学软件（Altair MotionSolve 2023版）

品 牌：Altair（澳汰尔工程软件（上海）有限公司）

疲劳耐久分析软件

软件（型号）：疲劳耐久分析软件（Altair HyperLife 2023版）

品 牌：Altair（澳汰尔工程软件（上海）有限公司）

三、主要参数

本实验室配置联想图形工作站5套、华三S-1626多功能交换机1台，以及Altair系列前处理、分析求解、后处理、拓扑优化、多体动力学、疲劳耐久分析等专业仿真软件各10套（2023版），可完成从CAD建模、网格划分、求解分析到结果后处理、结构优化的完整数字化仿真流程。

（一）图形工作站（联想，定制）：

1.处理器：Intel Xeon Gold 5218R×2；

2.内存：4×32G DDR内存；

3.存储：1TB高速固态硬盘+2×4TB SATA硬盘；

4.显卡：24G专业显卡；

5.网口：千兆RJ45；

6.扩展插槽：PCI-E I/O插槽总数≥3个；

7.电源：1400W；

8.显示器：≥27寸显示器。

（二）多功能交换机（华三S-1626）：

1.交换容量：≥8.8Gbps；

2.包转发率：≥6.5Mpps；

3.应用层级：二层；

4.表项：MAC地址表≥8K；

5.端口：24个10/100BASE-T自协商的以太网端口；

6.网络标准：IEEE 802.3、IEEE 802.3u、IEEE 802.3ab、IEEE 802.3z、IEEE 802.3x；

7.VLAN：最多支持512个符合IEEE 802.1q标准的VLAN，最多支持24个基于端口的VLAN。

（三）前处理软件（Altair HyperMesh 2023版）：

1.CAD接口：具有全面的CAD软件接口，直接支持Catia、UG、Pro/E、Parasolid、IGES、STEP、STL、PDGS、VDAFS、DXF、ACIS、JT、Tribon等全球各主流三维CAD模型文件和通用数据格式，模型读取过程快速准确；

2.CAE接口：支持Nastran、OptiStruct、Ansys、LS-DYNA、HyperXtrude、HyperForm、Hyperlife、Radioss、MotionSolve、Madymo、Permas、Samcef、Actran、PamCrash等主流有限元软件，可施加边界条件完成有限元建模并生成求解器输入文件；

3.CFD接口：可与Fluent、CFD++、SC/Tetra、StarCD、AcuSolve等主流CFD软件进行数据交换；

4.操作记录与脚本：自动记录每一步操作的命令代码，可生成脚本文件重复操作或用于二次开发；

5.视频化帮助：功能按钮激活后出现视频图标，可实时查看功能视频说明；

6.基于AI匹配特征：快速查找模型中的对称件及重用件并自动分组，支持编辑后快速同步至其他零件；

7.几何清理与修补：具有丰富的自动、手动几何清理和修补功能，可处理缝隙、重叠、面不对齐或曲面丢失等现象，支持实体间布尔运算；

8.中面抽取与编辑：能记忆中面厚度信息，一键式完成抽取中面、划分网格和厚度赋予功能；

9.中面网格生成：可在不抽取中面的情况下直接在中面位置生成2D网格，并自动生成相关联的1D plotel单元；

10.网格变形：无需返回CAD软件即可改变现有网格模型的各种参数和特征，直接生成新设计的网格模型，并支持基于网格变形结果的外形优化技术；

11.骨架建模：支持根据有限元网格、几何或拓扑优化结果快速创建梁、壳单元，搭建产品整体框架；

12.1D/2D网格创建：拥有丰富的标准梁截面库，支持等边三角形、直角三角形、四边形、全四边形网格；

13.网格重构：对现有网格进行重构而不依赖几何，可识别圆角、圆孔等特征并重新编辑；

14.四面体网格：支持直接选择几何实体或封闭曲面组生成四面体网格，支持厚度方向的层数控制；

15.六面体网格：具有优秀的六面体划分能力，支持网格变形技术、无几何六面体生成、薄实体自动划分及Shrink Wrap网格划分技术；

16.网格光顺优化：支持四面体、六面体网格的光顺和优化，通过多次迭代提升网格质量；

17.网格压印与延伸：支持网格压印、节点延伸匹配、基于网格打孔与补孔、批量填充网格上的孔/缝隙/缺口等特征；

18.网格布尔运算：对相互交叉的网格进行布尔运算并自动重新划分，实现网格合并；

19.特征复制阵列：对网格上的筋、槽、孔台等特征进行直接复制和阵列，自动替换原网格并共享节点；

20.FUSE融合功能：将交叉、间隙或重叠的网格融合成一个整体，快速生成封闭的表面网格；

21.网格细化：支持选定点、线、面等特定对象或虚拟细化空间进行网格细化；

22.点云构建网格：支持根据点云或扫描数据点自动构建拓扑并创建面网格；

23.复合材料建模：支持PCOMP、PCOMPG、PCOMPP（Stack+Ply）三种复合材料建模方法，支持铺层三维显示；

24.批处理网格划分：支持多核并行批处理网格划分，完全无交互、自动排队、自动控制质量指标并自动生成质量报告；

25.模型装配管理：实现模型多级管理、多文件管理，具有部件、材料和属性的交叉引用和查询功能，支持按名称、类型和ID搜索对象；

26.CFD前处理模块：支持风洞网格快速划分（近场带边界层的非结构化网格+远场结构化网格），支持SPH和FPM网格划分算法；

27.模型管理：同一界面下完成总成级、子系统级、零件级装配的任意组装，支持多学科网格存储在一个部件中；

28.设计探索：支持在前处理界面直接设置DOE和优化并调用求解器分析，支持基于机器学习的位移云图预测。

（四）分析求解软件（Altair OptiStruct 2023版）：

1.线性静动力学分析：静力学分析（刚度、强度、惯性释放、屈曲分析）、模态分析（实模态、复模态、预应力模态）、稳态/瞬态动力学（频响分析、瞬态响应分析、随机振动分析、响应谱分析）、声学及声振耦合分析、子结构技术（CMS超单元、CDS超单元、PART超单元）、NVH分析、异响分析；

2.非线性分析：材料非线性（金属、塑料、橡胶、垫圈、率相关塑性、温变超弹性、Marlow超弹性、泡沫等材料）、几何非线性、接触非线性（点面接触、面面接触、自接触，支持粘结、小滑移、大滑移、连续滑移）；

3.加密格式卡片：支持对模型中的材料信息、动态载荷输入等进行加密；

4.模态求解：支持分块Lanczos法及基于自动多层子结构方法的模态加速算法（AMSES），开展正则模态、预应力模态、复模态、附连水模态等多种模态分析；

5.NVH分析：实模态及复模态分析、直接法及模态叠加法频响分析、随机响应分析、响应谱分析、瞬态响应分析、转子动力学分析、流固耦合振动噪声分析、自动多级子结构法（AMSES）、一步法传递路径分析、声辐射分析等；

6.子模型分析：支持先总体、再局部的子模型分析方法，自动将整体粗网格模型的边界条件映射到局部详细网格模型；

7.动态液体渗透压载荷分析、电分析及电热耦合分析：支持电热耦合及在此基础上继续开展热固耦合，实现导电结构的应力应变分析；

8.热力学分析：稳态传热（线性及非线性）、瞬态传热、基于接触的传热分析、热-固耦合、热-流-固耦合分析（TFSI），支持1D、2D、3D单元的传热、热辐射和热传导；

9.Darcy达西流传热分析：模拟节点间结构热传导与流体质量传递共同作用的传热及温度场分析，支持基于该类问题的拓扑优化；

10.一步法线性瞬态热固耦合分析：先计算模型瞬态温度场，再映射至整个结构叠加力学载荷，输出全部时间增量步上的温度场和应力结果；

11.复合材料分析：支持PCOMP、PCOMPG、PLY+STACK等复合材料定义格式，求解各铺层的应力、应变和失效因子，支持铺层的形状、层数、角度、厚度、次序优化及多尺度分析；

12.多物理场分析：支持结构静态/动态分析、疲劳分析、稳态热固耦合（双向强耦合）、瞬态热固耦合、声固耦合分析、多刚体动力学等，可与流体、离散元、电磁场求解器进行多物理场耦合仿真，可进行CFD分析、流体-固体耦合（FSI）、热-流体-结构作用（TFSI）分析。

（五）后处理软件（Altair HyperView 2023版）：

1.结果读取：能够读取Ansys、Nastran、Abaqus、LS-DYNA、Adams、Radioss、Optistruct、MotionSolve、Madymo、Permas、Samcef、Actran、PamCrash等各类CAE结果文件；

2.集成会话：可集成在同一会话中，方便对模型和分析结果进行同步查看与对比；

3.多窗口显示：同一页面可同时支持模型、云图、动画、视频、曲线、文本、表格等多窗口显示；

4.结果类型：能够处理应力应变云图、矢量图、等值图、张量图、变形图、向量图、爆炸图、切面图、CFD流线图、模型标注、模型测量、变形动画、线性动画、模态动画、瞬态动画、多体动力学（刚柔混合）动画等，支持试验视频与仿真动画的重叠比较；

5.多结果显示：支持在一个页面中显示多个结果，一个会话可包含多个页面，实现多个CAE模型和结构的叠加；

6.结果输出：可将各种分析结果以文本、图像、视频动画等多种方式输出，也可直接将会话中的所有页面以PPT形式输出，方便编辑成为报告。

（六）拓扑优化/轻量化软件（Altair Inspire 2023版）：

1.多语言支持中文版，可不手动划网格，软件后台自动画网格；

2.CAD导入与建模：可以导入主流CAD模型，也具有一定的建模功能；

3.优化设置：能够根据工程实际设置多个优化约束和一个优化目标，支持刚度、强度、模态、惯性释放、屈曲等分析类型的优化工况；

4.优化功能：具有拓扑优化、形貌优化、厚度优化等功能，可基于拓扑优化结果进一步开展点阵（格栅）优化，优化结果可直接对接3D打印；

5.运动仿真与优化：可对多体运动中的零部件进行运动仿真和拓扑优化；

6.设计探索：支持对参数化变量进行因子筛选的DOE，可运用ARSM、GRSM等算法在设计空间中寻找到最优设计；

7.CAD文件格式：支持ACIS、Catia、Creo、IGES、Inventor、JT、Parasolid、SolidWorks、STEP、STL、UG NX等主流CAD文件格式导入，支持输出IGES、Parasolid、STEP、STL等中间几何文件格式；

8.建模能力：可对模型进行几何创建和简化，包括创建、修改、简化实体特征模型，草绘工具，拉伸平面或圆柱面创建几何实体并修改尺寸，布尔操作，移除压印、圆角、圆弧和圆孔等几何简化；

9.优化空间设定：可直接在CAD模型上划分并设定优化空间和非优化空间，根据实际工况施加各种约束、集中力、压力、转矩、制造约束等；

10.优化分析：可基于刚强度、频率、模态、屈曲、热应力等工况进行优化分析，并提供位移、安全系数、屈服、拉伸和压缩百分比、von Mises应力和最大主应力等后处理结果；

11.多目标优化：可开展多目标、多工况、多约束的优化，在同时满足刚度、强度、位移、一阶模态频率、重量等多个优化目标的情况下获得多个最优结构方案；

12.优化求解：支持对1D、2D、3D单元开展拓扑优化，支持变密度法和水平集法的拓扑优化；

13.高级几何重构：可直接在软件中利用PolyNURBS多边形建模功能将粗糙的优化结果包覆拟合成表面光滑、利于加工的零件结构，以STEP、xt、IGS等格式输出为高质量的几何模型；

14.材料库：自带常用铝、钢、镁、钛金属和塑料等材料参数，用户也可自定义添加材料；

15.多种优化选择：优化目标（最大化刚度或最小化质量）、应力约束、位移约束、角速度/加速度载荷、G载荷、温度荷载等，可按照需求组合进行多个目标同时优化；

16.制造约束：可对设计空间施加形状控制和制造加工约束，包括尺寸控制（最大/最小成员尺寸）、拔模方向、挤压成型控制、单/双/三平面对称控制、重复模式、循环模式、形貌优化控制（筋宽度、筋深度、筋拔模斜率）、应力约束、频率约束、位移约束等；

17.多体动力学仿真：可根据实际装配关系添加连接、力、电机、弹簧和控制器单元，模拟产品系统的多体运动过程，获得位移、速度、轨迹、加速度和反作用力等图表，并将运动结果作为输入工况无缝导入结构分析和优化；

18.等效静态荷载法优化：将瞬态载荷等效为静力学载荷，降低计算成本，支持对多体动力学模型和非线性分析模型进行拓扑优化、形貌优化、形状优化、自由形状优化、尺寸优化等；

19.结构破损安全拓扑优化：由用户指定结构失效区域尺寸，自动批量建立失效优化模型进行拓扑优化并综合结果，形成传力路径更丰富、更加安全的整体结构。

（七）多体动力学软件（Altair MotionSolve 2023版）：

1.分析功能：可以导入各种主流CAD和CAE软件，提供强大的几何创建与处理、有限元建模、分析、可视化、后处理以及优化功能，分析功能包括线性和非线性（准）静力学、动力学、模态、屈曲、线性振动等；

2.有限元建模：提供丰富而全面的单元类型、多种主流的模型缩减算法，支持创建任何复杂的多体系统，求解器集成了几何、有限元、控制系统（1D系统、液压系统）、流体分析、离散元分析和优化的接口；

3.建模能力：创建2D和3D刚体、线性和非线性柔性体、低副和高副约束库、线性和非线性连接、柔性面接触等；

4.模型库：帮助用户快速创建轿车、客车、卡车的子系统、半车和整车模型，包括轮胎、路面、底盘（传动系、制动系、转向系、悬架）、动力总成、车身、控制系统等模型，模板包含通用的悬架、转向、板簧系统；

5.模型装配：通过模型树表达整个模型的装配逻辑，可快速合并多个部件并自动计算合并后部件的质量、惯量、质心、载荷及与其他部件的连接关系；

6.虚拟样机：支持建立机械系统的虚拟样机，建立运动物体、定义各部件之间的铰接和运动关系、施加载荷或强制运动驱动系统，可评估系统动力学特性、研究振动特征、评价控制系统性能、计算载荷预测部件疲劳寿命；

7.离散元耦合：支持与EDEM离散元进行耦合仿真分析并支持柔性体直接耦合，多体计算设备部件位置和速度，EDEM计算散料颗粒之间的接触力及与设备部件的相互作用；

8.流体耦合：支持与CFD流体软件的直接耦合和数据交换，实现多体和流体的实时耦合；

9.柔性体缩减：支持将有限元模型缩减为柔性体，提供丰富全面的缩减算法，支持多种格式柔性体相互转化和镜像，缩减的有限元模型网格规模可达千万级别甚至更高；

10.三维接触：提供Impact接触模型、Possion接触模型、Volume Force method接触模型等全面的三维接触功能，支持快速创建和分析包含数千个接触的复杂系统；

11.振动模块：支持动力学分析、疲劳耐久和NVH分析，包括时域瞬态响应和频域频率响应分析，分析类型主要包括正则模态分析、非线性模态（预应力模态）分析、频率响应分析、瞬态响应分析、强迫运动分析、随机振动分析、冲击谱和谱响应分析等。

（八）疲劳耐久分析软件（Altair HyperLife 2023版）：

1.高周疲劳分析：以应力-循环（S-N）曲线为基础的单轴和多轴高周疲劳分析；

2.低周疲劳分析：以应变-循环（E-N）曲线为基础的单轴和多轴低周疲劳分析；

3.无限寿命疲劳分析：基于安全因子（FOS）的无限寿命疲劳分析；

4.焊点焊缝疲劳分析：针对焊点焊缝的疲劳分析，焊点采用Rupp结构应力方法，支持CWELD/CBEAM/HEXA/CBAR等多种焊点建模方法，考虑焊核和母板的失效；焊缝疲劳采用壳单元建模、Volve评估方法，损伤评估位置为焊趾、焊喉；

5.疲劳耐久因素：支持单轴疲劳、多轴疲劳、多种应力组合方式，支持多种损伤模型、弹塑性修正、材料表面处理修正等多种应力修正；

6.振动疲劳：支持随机振动疲劳分析、扫频疲劳分析、模态法瞬态疲劳；

7.电子封装焊料热疲劳：支持使用CTE方法分析热循环作用下的焊料失效问题，使用SYEDW、SYEDEPS和DARV方法分析热蠕变工况的疲劳失效；

8.平均应力修正：支持Goodman、Gerber等多种平均应力修正方法，对单轴疲劳提供针对不同材料的最大绝对主应力和带符号的米塞斯应力等多种评估应力，对多轴应力支持临界平面法；

9.SN/EN扫频疲劳：支持实体和壳单元的扫频疲劳分析，扫频速率支持Hz/s及oct/m，支持用户自定义频率，支持基于米塞斯应力、应变进行分析，支持定频疲劳分析；

10.损伤模型：支持SWT、FS、Goodman、Finderley等方法进行损伤评估，支持弹塑性修正；

11.模态法瞬态疲劳：提供模态应力及模态参与因子，可自动恢复应力历史，支持PCH、MRF等多种模态参与因子文件格式；

12.材料库：自带钢、铝、镍、钛以及近500种常用材料的属性和曲线，也支持用户自定义创建材料并手动定义S-N或E-N曲线；

13.规范集成：集成了DVS1612、FKM、Eurocode3规范，能自动识别焊缝、根据焊缝几何拓扑结构识别焊缝类型；

14.疲劳影响因素：可考虑表面光洁度、表面处理、温度等因素对疲劳的影响，支持渗氮、冷轧、喷丸等表面处理方式，支持FKM法应力梯度对疲劳的影响；

15.参数检查与后处理：提交计算前可快速进行疲劳参数检查，分析完成后自动加载分析结果，显示寿命和损伤云图，载荷循环数和损伤等雨流计数结果可通过直方图方式显示，也可导出为CSV格式；

16.模板化计算：计算设置和工况可进行模板化，可对同一个FEA结果文件快速改变分析参数重新计算；

17.疲劳分析流程向导：可按照向导快速进行疲劳分析参数设置，支持基于DVS、Eurocode 3等规范进行疲劳评估。

四、实验室责任人

黄天成 联系方式：36209390@qq.com

五、实验预约流程

需与实验室责任人确定样品类型、数量、测试时间后，下载填写“实验室使用安全承诺书“和“仪器设备借用申请单“，在开展实验当天提交纸质申请表。