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了解一下這些CAE高頻名詞

2019-12-11 14:43:11·  來(lái)源：CAE仿真空間  
　
在開(kāi)啟CAE仿真之旅之前，我們需要了解該領(lǐng)域涉及的一些基礎(chǔ)的技術(shù)詞匯。下面對(duì)這些術(shù)語(yǔ)作個(gè)簡(jiǎn)單介紹，希望對(duì)大家有所裨益。NVH全稱(chēng)為Noise，Vibration，Harshnes
在開(kāi)啟CAE仿真之旅之前，我們需要了解該領(lǐng)域涉及的一些基礎(chǔ)的技術(shù)詞匯。下面對(duì)這些術(shù)語(yǔ)作個(gè)簡(jiǎn)單介紹，希望對(duì)大家有所裨益。

NVH
 
全稱(chēng)為Noise，Vibration，Harshness。源于汽車(chē)行業(yè)，是各大汽車(chē)廠商在研發(fā)投入中占據(jù)重要地位的一個(gè)方面，主要針對(duì)汽車(chē)的振動(dòng)噪聲以及行駛平順性進(jìn)行的技術(shù)研究。這一領(lǐng)域涉及的內(nèi)容比較豐富也比較復(fù)雜，比如聲學(xué)包建模、多體動(dòng)力學(xué)、模態(tài)實(shí)驗(yàn)和仿真、主動(dòng)控制、懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。
 
多物理場(chǎng)耦合分析
 
在項(xiàng)目仿真中需要考慮兩種或者兩種以上的學(xué)科相互作用的影響的問(wèn)題。比如熱-應(yīng)力耦合、流-固耦合、聲-結(jié)構(gòu)耦合、電-磁-熱耦合等工程問(wèn)題，根據(jù)耦合問(wèn)題中相互作用的關(guān)系可以分為單向耦合和雙向耦合，判斷的條件是看兩者是否發(fā)生相互作用，如果僅一方對(duì)另一方其作用則為單向耦合。
虛擬樣機(jī)（數(shù)字樣機(jī)）
 
比較大的概念，可以說(shuō)所有的計(jì)算機(jī)仿真都算數(shù)字樣機(jī)工程，但是由于國(guó)內(nèi)出版的書(shū)籍以及各類(lèi)刊物，更多的將數(shù)字樣機(jī)和多體動(dòng)力學(xué)（MBD）聯(lián)系在一起。其實(shí)數(shù)字樣機(jī)是一項(xiàng)龐大的系統(tǒng)工程，它所追求的目標(biāo)就是盡可能的實(shí)現(xiàn)對(duì)物理樣機(jī)的代替，全面數(shù)字化無(wú)圖紙化。
并行計(jì)算（Parallel Computing）
 
這是一種處理大規(guī)模復(fù)雜問(wèn)題的計(jì)算方法，通常將一個(gè)問(wèn)題離散成多個(gè)可以并發(fā)進(jìn)行的小問(wèn)題，然后通過(guò)多核或者多臺(tái)連接的計(jì)算機(jī)對(duì)每個(gè)小問(wèn)題同時(shí)求解計(jì)算，極大地提升求解效率，比如超算中心的服務(wù)器集群解決整車(chē)碰撞、高鐵高速運(yùn)行及交會(huì)的流場(chǎng)模擬等。圖1所示為并行計(jì)算的技術(shù)示意圖。
圖1 并行計(jì)算示意圖
 
有限元（FEM）
·  形函數(shù)
用于計(jì)算單元內(nèi)部任意點(diǎn)數(shù)值的插值函數(shù)，以三角形單元為例，任一點(diǎn)函數(shù)值可由p=N1(x)*x1+N2(x)*x2+N3(x)*x3計(jì)算而得，其中xi為單元節(jié)點(diǎn)，Ni(x)為形函數(shù)。 也可用面積來(lái)表示，三角形單元內(nèi)部任一點(diǎn)p與三邊形成的三角形面積與原三角形面積之比Si/S，如圖2所示。
圖2 形函數(shù)面積法表示
· 伽遼金法
一種數(shù)值計(jì)算方法，由前蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家伽遼金提出，是加權(quán)余量方法的一種。求解微分方程時(shí)將近似解帶入原控制方程后會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，也叫余量，為了使這個(gè)余量為零，取上述形函數(shù)作為權(quán)函數(shù)，對(duì)余量進(jìn)行加權(quán)積分，當(dāng)使積分值為零的時(shí)候的解作為原微分方程的近似解，伽遼金法求解精度比較高。
 
· 單元與節(jié)點(diǎn)
單元與節(jié)點(diǎn)是一一對(duì)應(yīng)的。單元包含節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)體現(xiàn)在有限元計(jì)算中的剛度矩陣中，矩陣的維數(shù)與節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)和自由度多少有關(guān)，由于單元與單元之間存在共用節(jié)點(diǎn)的問(wèn)題，所以總體矩陣中也會(huì)存在疊加重合的區(qū)域，最終計(jì)算的整體矩陣是所有節(jié)點(diǎn)每個(gè)自由度上的值依據(jù)所屬單元編號(hào)位置關(guān)系組裝得到的。

· 單元類(lèi)型
主要描述不同的分析單元種類(lèi)，目前主要是線(xiàn)性三角形單元、四邊形單元、四面體單元、六面體單元以及二次的上述單元，另外還包括殼單元、梁?jiǎn)卧?，不同的商用軟件針?duì)單元的命名和編寫(xiě)都不太一樣，但總體大類(lèi)不外乎以上各類(lèi)單元。

· 等參數(shù)單元
為解決復(fù)雜問(wèn)題提出的解決方法，將不規(guī)則單元按照一定的映射關(guān)系轉(zhuǎn)化為規(guī)則單元，這里的“等”體現(xiàn)在它們的節(jié)點(diǎn)數(shù)是一樣的，如圖3所示。而映射關(guān)系則基于坐標(biāo)變換，它們之間的連接通過(guò)雅克比矩陣完成，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的求解。
圖3 等參單元
·  沙漏現(xiàn)象
一種因?yàn)閿?shù)值計(jì)算產(chǎn)生的有限元缺陷，體現(xiàn)為單元受力變形但沒(méi)有應(yīng)變能，也就是我們常說(shuō)的偽應(yīng)變能，從而導(dǎo)致單元沒(méi)有剛度，這顯然是不正確的。一般可以通過(guò)細(xì)化網(wǎng)格或者改用完全積分單元來(lái)計(jì)算來(lái)控制沙漏問(wèn)題的產(chǎn)生。
參數(shù)化設(shè)計(jì)
 
主要基于CAD設(shè)計(jì)軟件而言，設(shè)計(jì)中已經(jīng)將幾何約束關(guān)系等考慮在內(nèi)，通過(guò)直接尺寸驅(qū)動(dòng)整體設(shè)計(jì)的更新，該技術(shù)使得設(shè)計(jì)更加高效快捷，常用的三維建模軟件均能實(shí)現(xiàn)這一功能，參數(shù)化設(shè)計(jì)有利于我們開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)和自動(dòng)化的仿真等工作。
靈敏度及響應(yīng)面（RSM）
 
優(yōu)化設(shè)計(jì)中的概念，靈敏度很好理解，用于分析變量對(duì)目標(biāo)結(jié)果的影響。響應(yīng)面也是用來(lái)進(jìn)行靈敏度分析的，它是利用樣本點(diǎn)計(jì)算得到的值來(lái)擬合獲得一個(gè)曲面，主要用于優(yōu)化設(shè)計(jì)。這里面涉及很多統(tǒng)計(jì)學(xué)方面的知識(shí)，涉及抽樣方法、穩(wěn)健性評(píng)估等內(nèi)容。
主動(dòng)控制（Active Control）
 
用于研究和控制振動(dòng)噪聲的技術(shù)，字面意思是主動(dòng)去對(duì)外部產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲進(jìn)行干預(yù)，一般通過(guò)反饋調(diào)節(jié)控制。如果不好理解可以結(jié)合目前市面上比較流行的主動(dòng)降噪耳機(jī)，這種耳機(jī)通過(guò)降噪系統(tǒng)產(chǎn)生于外界噪音相同但是反向的聲波，從而將噪音主動(dòng)消除，達(dá)到降噪效果。

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