Abaqus Multiphysics
Komplettlösungen für realistische Simulationen
Multiphysik-Simulation und -Analyse in Abaqus
Die verschiedenen physikalischen Disziplinen wie Strukturmechanik, Strömungsmechanik, Thermodynamik und Elektromagnetik sind eng miteinander verbunden, da die Interaktion zwischen mehreren physikalischen Phänomenen und die Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere für die meisten industriellen Anwendungen von entscheidender Bedeutung ist.
Um beispielsweise effiziente und zuverlässige Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln, müssen Ingenieure nicht nur das elektrochemische Verhalten berücksichtigen, sondern auch die Wärmeentwicklung und die Strömungsmechanik des Elektrolyts sowie das strukturelle Biegen und Schwellen. Auch während der Fertigung müssen multiphysikalische Effekte kontrolliert werden, sei es der Kunststofffluss im Spritzguss oder die Bildung von Feuchtigkeit bei der Montage elektronischer Bauteile.
Die Abaqus Unified FEA-Produktpalette verfügt über leistungsstarke Funktionen zur Lösung multiphysikalischer Probleme. Dieser Funktionsumfang, der über viele Jahre entwickelt und vollständig als Abaqus Kernfunktionalität integriert wurde, kommt heute in vielen technischen Anwendungen für Produkte und Konstruktionsprojekte zum Einsatz.
Die Multiphysik-Technologie war von Anfang an Bestandteil von Abaqus. Beginnend mit Abaqus V2 (1979) simulierte Abaqus/Aqua die hydrodynamische Wellenbelastung an flexiblen Strukturen für Offshore-Pipelines. Im Laufe der Jahre wurden zusätzliche Multiphysikfunktionen hinzugefügt, wie z. B. Kopplungen im Fluid-, Thermal- und Elektrobereich, sowie viele weitere, die unten aufgeführt sind.
Erzeugen eines Mehrkörpersimulationsablaufs in Abaqus
Um diesen anspruchsvollen Anwendungen gerecht zu werden, bietet Abaqus eine Reihe von Mehrkörpersimulationsfunktionen, einschließlich sequenzieller Ergebniszuordnung, vollständig gekoppelter Lösungsverfahren und Co-Simulation:
- Sequenzielle Ergebniszuordnung: Die externe Feldfunktion in Abaqus bietet einen allgemeinen Rahmen für die Zuordnung von Ergebnissen aus einer vorgelagerten Simulation zu einer Abaqus Simulation. Beispiele sind die Abbildung der Temperaturen aus einer vorgeschalteten Wärmeübertragungssimulation und die Abbildung des Drucks aus einer vorgeschalteten Fluiddynamiksimulation.
- Vollständig gekoppelte Simulation: Wenn die Einweg-Kopplung unzureichend ist, bietet Abaqus vollständig gekoppelte Lösungsverfahren, einschließlich thermischer Belastung, thermisch-elektrochemischer-struktureller, akustisch-struktureller und Fluidströmung durch poröse Medien.
- Co-Simulation: Ein offenes Co-Simulation-Framework bietet die Möglichkeit, Abaqus mit externen Solvern zu verbinden.
Der Vorteil von Abaqus Multiphysics liegt in der Leichtigkeit, mit der Abaqus-Struktur-FEA-Benutzer Multiphysics-Probleme lösen können. Mit demselben Modell, derselben Elementbibliothek, denselben Materialdaten und demselben Lastverlauf kann ein strukturelles FEA-Modell von Abaqus problemlos um zusätzliche physikalische Interaktionen erweitert werden.
Multiphysikfunktionen in Abaqus
- Gekoppelte Eulersche-Lagrange-Simulation
- Hydrostatic-Fluid-Mechanical Simulation
- Piezoelectric-Mechanical Simulation
- Structural-Acoustic Simulation
Gekoppelte Eulersche-Lagrange-Simulation
Der gekoppelte Eulersche-Lagrange-Ansatz (CEL) in Abaqus ermöglicht Ingenieuren und Wissenschaftlern, Probleme zu simulieren, bei denen die Interaktion zwischen Strukturen und Fluiden wichtig ist. Diese Fähigkeit ist nicht auf die Kopplung mehrerer Softwareprodukte angewiesen, sondern löst gleichzeitig die Fluid-Struktur-Interaktion (FSI) in Abaqus.
Hydrostatic-Fluid-Mechanical Simulation
Die Multiphysik-Funktion Hydrostatic-Fluid-Mechanical ermöglicht es dem Benutzer, die Auswirkungen vollständig umschlossener gas- oder flüssigkeitsgefüllter Hohlräume in seinem Modell zu berücksichtigen. Das ist nützlich für die Simulation von Ballons, Airbags, Sitzpolstern, Sportschuhen, teilweise gefüllten Tanks und anderen Behältern, Luftfedern, IV-Beuteln und vielen anderen Anwendungen, bei denen das Druck-Volumen-Verhältnis der Umfassung und die Energie im Inneren der umschlossenen Fluide berücksichtigt werden müssen.
Piezoelectric-Mechanical Simulation
Abaqus verfügt über eine vollständige, elektrostatische, piezoelektrisch-mechanische Simulationsfunktion, die gleichzeitig eine Dehnung im Material (und eine Formänderung) und eine Belastung zur Änderung des elektrischen Potenzials durch den elektrischen Fluss ermöglicht.
Structural-Acoustic Simulation
Die strukturell-akustische Interaktion deckt verschiedene Anwendungsbereiche ab, einschließlich Schallübertragung, Strahlung, akustische Dämpfung oder Verstärkung. Abaqus integriert die Geräuschsimulation in den Finite-Elemente-Solver, sodass vollständig gekoppelte strukturelle akustische Simulationen innerhalb vertrauter Abaqus-Arbeitsabläufe durchgeführt werden können.
- Thermal-Electric Simulation
- Thermal-Mechanical Simulation
- Thermal-Fluid-Mechanical Simulation
- Structural-Pore Pressure Simulation
Thermal-Electric Simulation
Ein Stromfluss erzeugt Wärme, die Erwärmung ändert den spezifischen Widerstand und eine Änderung des spezifischen Widerstands verändert den Stromfluss. Diese Art von Simulation ist nützlich in empfindlichen elektronischen Geräten wie Sicherungen, Verbindungen, elektrischer Aufheizung und Glühlampenfilamenten.
Thermal-Mechanical Simulation
Die thermisch-mechanische Interaktion reicht von einfacher thermischer Spannung (Einwegkopplung von der thermischen Simulation bis zur Spannungsanalyse) über komplexere reibungsgesteuerte Wärmeübertragung (bei der Reibung Wärme erzeugt, wie bei Bremssystemen) bis hin zu vollständig gekoppelter Temperatur-Verschiebungssimulation (bei der Bewegung die Wärmeübertragung und Wärmeübertragung die Bewegung beeinflusst).
Thermal-Fluid-Mechanical Simulation
In vielen industriellen Prozessen können die kombinierten Auswirkungen von Feuchtigkeit und Wärme auf die Produktleistung oder das Verhalten während der Montage entscheidend sein. Durch die gleichzeitige Berücksichtigung des detaillierten Verhaltens des Produkts unter realistischen Betriebsbedingungen können Konstrukteure und Ingenieure den idealen Konstruktions- oder Fertigungsprozess für ein bestimmtes Leistungsziel bestimmen.
Structural-Pore Pressure Simulation
Der Einfluss von Wasser auf das Verhalten von Böden unter Last ist äußerst komplex und ein ausgefeilter Ansatz ist erforderlich, um Simulationsergebnisse zu erzielen, die Vertrauen in Konstruktionsentscheidungen schaffen können.
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Häufig gestellte Fragen zur Multiphysik-Simulation
Die Multiphysik-Simulation ist eine Berechnungsmethode, die komplexe Probleme mit mehreren physikalischen Prozessen oder Phänomenen löst. Sie bietet mehrere Vorteile, die die Konstruktion, die Analyse und Optimierung komplexer Systeme erheblich verbessern.
- Umfassende Einblicke: Sie ermöglicht die Analyse realer Systeme und Phänomene, bei denen mehrere physikalische Faktoren miteinander interagieren, wie z. B. thermische Auswirkungen auf die strukturelle Integrität, und bietet so ein genaueres und ganzheitliches Verständnis des Systemverhaltens.
- Kostenreduzierung: Die Vorhersage und Optimierung der Leistung von Konstruktionen oder Prozessen vor der Erstellung physischer Prototypen kann den Zeit- und Kostenaufwand für experimentelle Tests erheblich reduzieren.
- Innovation und Optimierung: Sie erleichtert die Erkundung eines größeren Konstruktionsraums und bewertet mehr Variablen und deren Wechselwirkungen als herkömmliche Einzelphysiksimulationen, was zu innovativen Lösungen und optimierten Konstruktionen führt, die sonst nicht möglich wären.
- Risikominderung: Sie hilft bei der Erkennung potenzieller Konstruktionsprobleme und Fehlerstellen durch Simulation verschiedener Betriebsbedingungen und Extremszenarien, wodurch die Sicherheit und Zuverlässigkeit erhöht werden.
- Schnellere Marktreife: Sie beschleunigt den Entwicklungsprozess von Produkten, indem schnelle Iterationen der Konstruktion basierend auf Simulationsfeedback ermöglicht werden, wodurch die Gesamtzeit von der Konzeption bis zur Markteinführung reduziert wird.
Die Multiphysik-Simulationssoftware ist ein Berechnungswerkzeug, mit dem die Interaktionen zwischen verschiedenen physikalischen Phänomenen, wie z. B. thermische, mechanische, elektrische und Strömungsmechanik, innerhalb eines einzigen Framework simuliert und analysiert werden können. Dies ermöglicht die umfassende Untersuchung und Optimierung komplexer Systeme, die mehrere interagierende physikalische Prozesse erfordern.
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