Abaqus Multiphysics
Soluzioni complete per la simulazione realistica
Simulazione e analisi multifisica in Abaqus
Le diverse discipline fisiche, come meccanica strutturale, dinamica dei fluidi, termodinamica ed elettromagnetismo, sono strettamente connesse perché l'interazione tra più fenomeni fisici e la conversione di energia da una forma all'altra è fondamentale per la maggior parte delle applicazioni industriali.
Ad esempio, per progettare batterie agli ioni di litio efficienti e affidabili, gli ingegneri devono tenere conto non solo del comportamento elettrochimico, ma anche della deriva termica e della dinamica dei fluidi dell'elettrolita e della piegatura e del rigonfiamento strutturale. Anche durante la produzione, gli effetti multifisici devono essere controllati, sia che si tratti del flusso della plastica nello stampaggio a iniezione o dell'accumulo di umidità durante l'assemblaggio elettronico.
La suite di prodotti Abaqus Unified FEA offre funzionalità significative per la risoluzione di problemi multifisici. Queste funzionalità, sviluppate nel corso di molti anni e completamente integrate come funzionalità base di Abaqus, sono oggi ampiamente utilizzate per molte applicazioni di ingegneria su prodotti e progetti di ingegneria.
La tecnologia multifisica fa parte di Abaqus sin dall'inizio. A partire da Abaqus V2 (nel 1979), Abaqus/Aqua simula il carico di onde idrodinamiche su strutture flessibili per condutture offshore. Nel corso degli anni, sono state aggiunte ulteriori funzionalità multifisiche, come gli accoppiamenti fluidi, termici, elettrici e molti altri elencati di seguito.
Creazione di un flusso di simulazione multifisica in Abaqus
Per affrontare queste applicazioni complesse, Abaqus offre una gamma di funzionalità di simulazione multifisica, tra cui mappatura sequenziale dei risultati, procedure di soluzioni completamente accoppiate e co-simulazione:
- Mappatura sequenziale dei risultati: la funzionalità di campo esterno in Abaqus fornisce un quadro generale per la mappatura dei risultati di una simulazione a monte in una simulazione Abaqus. Alcuni esempi includono la mappatura della temperatura da una simulazione di trasferimento termico a monte e la mappatura della pressione da una simulazione dinamica dei fluidi a monte.
- Simulazione completamente accoppiata: quando l'accoppiamento unidirezionale non è sufficiente, Abaqus offre procedure di soluzione completamente accoppiate, tra cui sollecitazione termica, termica-elettrochimica-strutturale, acustica-strutturale e flusso di fluidi attraverso mezzi porosi.
- Co-simulazione: un framework di co-simulazione aperto consente di collegare Abaqus a solutori esterni.
Il vantaggio di Abaqus Multiphysics è la facilità con cui l'utente FEA strutturale di Abaqus può risolvere problemi multifisici. Dallo stesso modello, dalla stessa libreria di elementi, dagli stessi dati di materiali e dalla stessa cronologia di carico, un modello FEA strutturale di Abaqus può essere facilmente esteso per includere un'interazione fisica aggiuntiva.
Funzionalità multifisiche in Abaqus
- Simulazione Coupled Eulerian-Lagrangian
- Simulazione idrostatica nella meccanica dei fluidi
- Simulazione piezoelettrica-meccanica
- Simulazione acustico-strutturale
Simulazione Coupled Eulerian-Lagrangian
L'approccio CEL (Coupled Eulerian-Lagrangian) in Abaqus consente a ingegneri e scienziati di simulare problemi in cui l'interazione tra strutture e fluidi è importante. Questa funzionalità consente di risolvere simultaneamente l'interazione fluido-struttura (FSI) all'interno del software Abaqus, senza dover ricorrere alla necessità di accoppiare più prodotti software.
Simulazione idrostatica nella meccanica dei fluidi
La funzionalità Multifisica idrostatica della meccanica dei fluidi consente all'utente di includere nel modello gli effetti di cavità completamente chiuse riempite di gas o liquido. Ciò è utile per simulare palloncini, airbag, cuscini di seduta, scarpe sportive, serbatoi parzialmente riempiti e altri contenitori, molle pneumatiche, sacche per flebo e molte altre applicazioni che richiedono di prendere in considerazione il rapporto pressione-volume dell'involucro e dell'energia all'interno del fluido chiuso.
Simulazione piezoelettrica-meccanica
Abaqus contiene una funzionalità completa di simulazione piezoelettrica-meccanica elettrostatica bidirezionale che consente al flusso elettrico di causare deformazioni nel materiale (e variazioni di forma) e alle sollecitazioni di provocare un cambiamento del potenziale elettrico.
Simulazione acustico-strutturale
L'interazione acustico-strutturale copre diverse aree di applicazione, tra cui la trasmissione del rumore, le radiazioni, l'attenuazione acustica o l'amplificazione. Abaqus integra la simulazione del rumore all'interno del solutore di elementi finiti, consentendo l'esecuzione di simulazioni acustiche strutturali completamente accoppiate all'interno di flussi di lavoro Abaqus familiari.
- Simulazione termo-elettrica
- Simulazione termo-meccanica
- Simulazione termica nella meccanica dei fluidi
- Simulazione della pressione nella struttura dei pori
Simulazione termo-elettrica
Il flusso di corrente genera calore, il riscaldamento cambia la resistività e di conseguenza altera il flusso di corrente. Questo tipo di simulazione risulta particolarmente utile in dispositivi elettronici sensibili quali fusibili, collegamenti, tracce elettriche e filamenti di lampadine.
Simulazione termo-meccanica
L'interazione termo-meccanica spazia dalla semplice sollecitazione termica (accoppiamento unidirezionale dalla simulazione termica all'analisi delle sollecitazioni) al più complesso trasferimento termico da attrito (in cui lo scorrimento frizionale genera calore come nei sistemi frenanti) alla simulazione dello spostamento termico completamente accoppiato (in cui il movimento influisce sul trasferimento termico e il trasferimento termico influisce sul movimento).
Simulazione termica nella meccanica dei fluidi
In molti processi industriali, gli effetti combinati dell'umidità e del calore sulle prestazioni o sul comportamento del prodotto durante l'assemblaggio possono essere critici. Prendendo in considerazione contemporaneamente il comportamento dettagliato del prodotto in condizioni operative realistiche, progettisti e ingegneri possono determinare il processo di progettazione o produzione ideale per un determinato obiettivo di prestazioni.
Simulazione della pressione nella struttura dei pori
L'influenza dell'acqua sul comportamento dei terreni sotto carico è estremamente complessa ed è necessario un sofisticato approccio accoppiato per fornire i risultati della simulazione che possono contribuire a prendere decisioni di progettazione affidabili.
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Domande frequenti sulla simulazione multifisica
La simulazione multifisica è una tecnica computazionale che risolve problemi complessi che coinvolgono più processi o fenomeni fisici. Offre numerosi vantaggi che migliorano significativamente la progettazione, l'analisi e l'ottimizzazione di sistemi complessi.
- Informazioni complete: consente di analizzare sistemi e fenomeni del mondo reale in cui interagiscono più fattori fisici, come gli effetti termici sull'integrità strutturale, fornendo una comprensione più accurata e olistica dei comportamenti del sistema.
- Riduzione dei costi: prevedere e ottimizzare le prestazioni di progetti o processi prima della realizzazione di prototipi fisici può ridurre significativamente il tempo e il denaro spesi per i test sperimentali.
- Innovazione e ottimizzazione: facilita l'esplorazione di uno spazio di progettazione più ampio e valuta più variabili e le loro interazioni rispetto alle tradizionali simulazioni fisiche singole, offrendo soluzioni innovative e progetti ottimizzati che non sarebbero altrimenti possibili.
- Contenimento del rischio: consente di identificare potenziali problemi di progettazione e punti di guasto simulando varie condizioni operative e scenari estremi, migliorando in tal modo la sicurezza e l'affidabilità.
- Time-to-market ridotto: Accelera il processo di sviluppo dei prodotti consentendo rapide iterazioni del progetto basate sul feedback della simulazione, riducendo il tempo complessivo dal concept al mercato.
Il software di simulazione multifisica è uno strumento di calcolo che simula e analizza le interazioni tra diversi fenomeni fisici, ad esempio termico, meccanico, elettrico e fluidodinamico, all'interno di un'unica struttura. Ciò consente lo studio e l'ottimizzazione completi di sistemi complessi che coinvolgono più processi fisici che interagiscono tra loro.
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