计算机仿真作为集成电路, 消费电子及高端制造的必备技术已经渗透到行业各个环节. 多物理场仿真(Multiphysics Simulation)是基于上世纪单物理仿真技术发展起来的跨学科数值仿真技术. 软件作为多物理场仿真的平台, 目前不少的商用的软件及开源软件已经得到行业的应用.下面简单介绍多物理场仿真的软件的分类和应用行业.
本期"多物理场仿真技术 - 软件指南B"着重于介绍几款专业的非通用型多物理场仿真的商业软件平台: FloTherm, XFlow, HyperWork.
1) Flotherm: 上世纪90s由英国教授(B Spalding)从帝国理工大学创建, 后早1989年独立为Flomerics公司, 早期总部在英国伦敦. 公司在2009年来被Mentor Graphic公司收购, 后Mentor Graphic公司又被Simens公司兼并, 现在为Simens公司的独立子公司Mentor.
Flotherm软件专注于基于计算流体力学(CFD)的流体及热-流耦合仿真, 模型基于有限体积法(FVM), 主要支持结构网格(Structural Mesh). 早期应用主要为电子器件, 电路板, 及相关的SMT器件. 软件自身带有比较全面的器件库(e.g. die, sink, wire等), 方便用户直接进行拖拽建模, 生成三维的PCB及器件模型. FLotherm支持多种对流散热模式, 可以较好的模拟风扇等主动散热元件的散热效果. Flotherm的自动化分网格能力不强, 对于不规则几何器件需要一定的前处理软件支持.
目前, Flotherm在半导体器件, IC电路散热, 计算机/服务器散热等领域有广泛应用. 通常在电器/电路设计后开展热仿真并对设计进行修正. Flotherm在研究机构中使用较少, 主要为工程技术领域.
2) XFlow: 上世纪90s由西班牙两位工程师(V Gonzalez和 I Vargas)成立, 早期公司为Next Limit Technologies, 总部位于西班牙, 马德里. Next Limit Technologies公司在2016年被达索系统(Dassault Systèmes)全资收购, 现在为达索Simulia旗下的独立子公司, 与Abaqus平行.
XFlow软件专注于基于计算流体力学(CFD)的流体, 传热仿真, 模型基于晶格玻尔兹曼法(Lattice Boltzmann methods, LBM), 支持无网格(Meshless)计算. LBM模型基于统计力学的玻尔兹曼方程(Boltzmann equation). XFlow擅长于处理复杂流-固耦合的问题, 流-固-热耦合问题, 对于复杂几何体及运动固体(e.g. 风扇), 避免了局部网格划分, 局部网格拖拽的困难. LBM可以有效模拟多尺度的湍流, 湍流尺度与LBM网格有关.
目前, XFlow在汽车交通, 航天航空, 海洋船舶, 化学化工等领域具有较多应用. XFlow也用于部分欧美大学机构的研究工具.
3) HyperWork: 有上世纪80s有美国Altair公司建立, 为Altair公司(NASDAQ: ALTR)的仿真工具平台. HyperWork包含了一些列的单独仿真模块软件(Radioss, OptiStruct), 使用为共享密匙(Sharing License Keys)方法可支持不同仿真模块的调用.
Radioss是基于有限元(FEM)和显示算法(Explicit Method)的结构力学仿真软件, 目前也支持固体仿真, 流-固耦合仿真. 擅长于模拟部分变形和冲击问题. OptiStruct是基于有限元(FEM)和隐式(Implicit Method)的结构力学计算软件, 目前也支持固体仿真, 热-固耦合仿真.
目前, HyperWork平台的Radioss与OptiStruct在航空航天, 汽车交通, 白色家电, 消费电子等领域具有较多的行业应用. HyperWork在研究机构中使用较少, 主要为工程技术领域.
