#ANSYS 介绍# 多物理场分析

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多物理场分析

为确保产品能获得成功，工程与设计团队必须准确预测产品在真实世界环境中的行为有多么复杂。这种行为是不断变化的，而且涉及多种类型的物理相互作用。高保真多物理场场仿真软件可使用户为其在这种真实世界条件下运行的设计创建虚拟原型，预测结构力学、热传导、流体流动和电磁学之间的相互作用。单个统一的工程仿真环境可以利用堆芯物理，实现其互操作性，这一点对高质量的解决方案而言非常关键。它还提供了用于通过接口连接 CAD、修补几何体、创建网格和对结果进行后处理的常用工具。

常见的多物理场场解决方案是流固耦合 (FSI)。在这种耦合环境中，流体流动会引起固体结构的形变，形变反过来又会改变流体的行为。例如，机翼周围的气流会引起机翼形变。而机翼的形变，又会引起机翼周围气流模式的变化。通过耦合多物理场场，该分析会像一个系统一样发展，产生精确的解决方案。

主动脉瘤的流固耦合

另一种多物理场场情况是热机耦合，随温度的变化，结构会发生形变，材料属性也会改变。在电、热相互作用下，电流在导体中的流动会产生电阻/焦耳加热。

多物理场场工程仿真也能为单物理场分析提供解决方案。两个主要的分支分别为机械或结构有限元分析以及计算流体力学。

用于确定涡轮叶片热流分布的多物理场场分析

由Wood Group Heavy Industrial Turbines AG倾情提供

机械或结构分析模拟的是结构在外力或温度效应下会有哪些变化。而且基于有限元分析 (FEA)，一种常用于结构建模的数值方法。CFD 分析是对流体流动（液体、气体或二者兼有）的仿真和化学反应与热传导（温度）的仿真。它也被称为气流建模或流体力学。以喷气式飞机的机翼为例，可使用机械分析来预测飞机在各种空气压力和温度下飞行时，机翼是如何受到支撑的。可评估机翼的刚度，确定其工作性能阈值。CFD 则可用于预测机翼周围的气流以及合成升力和阻力。

FEA 还可应用于电子设计自动化，设计、生产包括从印刷电路板 (PCB) 到集成电路的电子系统，有时也称为电子计算机辅助设计(ECAD)。工程师可将此类产品用于移动通信和因特网设备、宽带网络组件和系统、集成电路、印刷电路板和机电系统中高性能电子设计的仿真。

因电子系统目前已成为从汽车到咖啡机再到工业设备等诸多产品中不可或缺的组成部分，逼真的虚拟原型设计必须包含此类产品的所有设计要素。

其它工程仿真领域还包括电磁学，可用于计算如电动机等产品中的磁场。另外还有显式动力学等专业学科。

以前使用常规分析方法解决此类耦合应用问题时，每完成一项物理分析，就需进行无数的手动文件传输、数据交换和问题设定。这样的周期费时费力，而且很容易出错，分析工作往往需要数天或是数周。另外，用户还得学习和维护多种不同的软件代码。

此类问题可通过多物理场场解决方案来处理，该方案会自动将两种或以上相互关联的物理效应整合到一个统一的环境中。ANSYS 的解决方案能自动管理各个物理之间的数据交换，以执行耦合分析，而无需用户花时间手工完成此类工作。因此，可以用在其他情况下使用的一小部分时间来完成耦合分析，而且求解精度更高，还可使用户在给定时间内探索使用更广泛的工程参数，从而推动多物理场设计的创新。