[发明专利]工程多物理场耦合分析方法

说明书

技术领域

本发明属于仿真领域，特别是适用于对汽车、航空航天、船舶、重工业、铁道机车、装备制造、电子、生物医学等领域的部件特性、性能进行多物理场耦合仿真分析的方法。

背景技术

在汽车、航空航天、船舶、重工业、铁道机车、装备制造、电子、生物医学等领域，需要对设备和部件的特性、性能的工程数值分析及多物理场耦合仿真分析。比如新能源汽车电机运转时涉及到电磁场生热、流体散热，电磁力矩、转子动力学现象，为确保电机安全可靠高效率地运行，对电机的电磁机械动力，损耗和效率、安全的分析就涉及到了电磁场、转子动力学、流体场、温度场、结构应力场之间的相互作用。

目前很多CAE软件具有不同程度的多物理场耦合分析功能，其分析原理可分为直接强耦合方法和跨程序之间的弱耦合实现方法两种。其中的强耦合方法是把不同的物理场模型统一在同一CAE分析软件之下，集成一个统一的整体矩阵方程，对耦合体系的所有变量同时求解和更新；目前具有代表性的具有强耦合方法处理流-固耦合分析CAE软件产品包括ADINA，INTESIM。其中的跨程序之间的弱耦合处理方法是不同的CAE软件分别求解不同的物理场问题，如ANSYS结构分析软件求解结构问题，Fluent软件求解流体问题，物理场/CAE软件之间的数据传递和求解流程控制通过统一的耦合界面体系实现，如MpCCI，ANSYS-MFX。

现有的强耦合方法的主要局限性是需要在同一软件下集成不同物理模型，无法充分利用已有商业软件的功能，同时集成的整体矩阵条件数较差，未知数规模大不利于高效的并行技术的实现。而现有的跨程序之间的弱耦合实现方法采用的数据或信息传递方式是基于网络信息传递技术(如Socket技术)，同时在不同程序内部需要设置同步点，主要局限性在于：1)需要把已有CAE软件与耦合界面提供的库文件函数连接起来；2)需要增加耦合界面软件所需要的一定格式的数据获取和数据存放函数，对不同耦合界面需要分别编写；3)需要在已有程序下设定同步点并在同步点插入相应的数据存取函数。以上工作不仅需要专业研发人员的参与完成，同时对于用户也增加了使用难度和技术支持负担，结果导致了跨多程序之间不同载荷的耦合实现的局限性。

发明内容

本发明针对现有的跨程序之间的弱耦合实现方法存在的上述局限性，提出了一工程多物理场耦合分析方法。本发明采用的技术手段如下：

一种工程多物理场耦合分析方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：从不同CAE分析系统的物理场数值模型中，获取与载荷传递相关的数据信息；

步骤2：设定不同CAE分析系统的物理场数值模型之间的载荷传递关系，设定不同CAE分析系统的物理场数值模型的求解顺序，并设定载荷传递收敛控制准则；

步骤3：按照设定的求解顺序，通过迭代循环的方式，对不同CAE分析系统的物理场数值模型实时的基于载荷传递关系进行载荷数据转换与传递；

步骤4：在不同的物理场数值模型中显示计算结果。

本发明提供了一种灵活、通用、便利的跨CAE软件之间的耦合工具平台，可以跨不同CAE分析软件进行多物理场耦合分析的流程控制、非线性迭代控制、载荷传递控制，完成复杂的多物理场耦合分析。与传统的强耦合方法以及基于网络数据传递工具和函数控制方法比，本方法最大限度的应用了现有的CAE软件的功能，对于已有IO接口的CAE软件不需要进行任何改造和新的开发直接可以在该技术平台下进行多场耦合分析。不仅节约了研发成本、软件使用成本同时大大提高了耦合场分析软件的易用性，为工程多物理场分析在工业设计的应用推广势必起到积极的作用，有助于复杂工业问题的性能分析和创新设计。

附图说明

图1是本发明工程多物理场耦合分析方法的流程图。

图2是本发明载荷数据转换的示意图。

图3是耦合界面网格剖分方式不同情况下流体-固体耦合界面示意图。

图4是三维面网格下映射插值的示意图。

图5是生成的螺杆问题的热-应力网格模型。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

如图1所示，本发明工程多物理场耦合分析方法包括以下步骤：

步骤1：从不同CAE分析系统的物理场数值模型中，获取与载荷传递相关的数据信息。

步骤2：设定不同CAE分析系统的物理场数值模型之间的载荷传递关系，设定不同CAE分析系统的物理场数值模型的求解顺序，并设定载荷传递收敛控制准则。