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了解一下這些CAE高頻名詞

2019-12-11 14:43:11·  來源：CAE仿真空間  
　
在開啟CAE仿真之旅之前，我們需要了解該領域涉及的一些基礎的技術詞匯。下面對這些術語作個簡單介紹，希望對大家有所裨益。NVH全稱為Noise，Vibration，Harshnes
在開啟CAE仿真之旅之前，我們需要了解該領域涉及的一些基礎的技術詞匯。下面對這些術語作個簡單介紹，希望對大家有所裨益。

NVH
 
全稱為Noise，Vibration，Harshness。源于汽車行業(yè)，是各大汽車廠商在研發(fā)投入中占據(jù)重要地位的一個方面，主要針對汽車的振動噪聲以及行駛平順性進行的技術研究。這一領域涉及的內(nèi)容比較豐富也比較復雜，比如聲學包建模、多體動力學、模態(tài)實驗和仿真、主動控制、懸置系統(tǒng)設計等。
 
多物理場耦合分析
 
在項目仿真中需要考慮兩種或者兩種以上的學科相互作用的影響的問題。比如熱-應力耦合、流-固耦合、聲-結構耦合、電-磁-熱耦合等工程問題，根據(jù)耦合問題中相互作用的關系可以分為單向耦合和雙向耦合，判斷的條件是看兩者是否發(fā)生相互作用，如果僅一方對另一方其作用則為單向耦合。
虛擬樣機（數(shù)字樣機）
 
比較大的概念，可以說所有的計算機仿真都算數(shù)字樣機工程，但是由于國內(nèi)出版的書籍以及各類刊物，更多的將數(shù)字樣機和多體動力學（MBD）聯(lián)系在一起。其實數(shù)字樣機是一項龐大的系統(tǒng)工程，它所追求的目標就是盡可能的實現(xiàn)對物理樣機的代替，全面數(shù)字化無圖紙化。
并行計算（Parallel Computing）
 
這是一種處理大規(guī)模復雜問題的計算方法，通常將一個問題離散成多個可以并發(fā)進行的小問題，然后通過多核或者多臺連接的計算機對每個小問題同時求解計算，極大地提升求解效率，比如超算中心的服務器集群解決整車碰撞、高鐵高速運行及交會的流場模擬等。圖1所示為并行計算的技術示意圖。
圖1 并行計算示意圖
 
有限元（FEM）
·  形函數(shù)
用于計算單元內(nèi)部任意點數(shù)值的插值函數(shù)，以三角形單元為例，任一點函數(shù)值可由p=N1(x)*x1+N2(x)*x2+N3(x)*x3計算而得，其中xi為單元節(jié)點，Ni(x)為形函數(shù)。 也可用面積來表示，三角形單元內(nèi)部任一點p與三邊形成的三角形面積與原三角形面積之比Si/S，如圖2所示。
圖2 形函數(shù)面積法表示
· 伽遼金法
一種數(shù)值計算方法，由前蘇聯(lián)數(shù)學家伽遼金提出，是加權余量方法的一種。求解微分方程時將近似解帶入原控制方程后會產(chǎn)生一定的誤差，也叫余量，為了使這個余量為零，取上述形函數(shù)作為權函數(shù)，對余量進行加權積分，當使積分值為零的時候的解作為原微分方程的近似解，伽遼金法求解精度比較高。
 
· 單元與節(jié)點
單元與節(jié)點是一一對應的。單元包含節(jié)點，每個節(jié)點體現(xiàn)在有限元計算中的剛度矩陣中，矩陣的維數(shù)與節(jié)點的個數(shù)和自由度多少有關，由于單元與單元之間存在共用節(jié)點的問題，所以總體矩陣中也會存在疊加重合的區(qū)域，最終計算的整體矩陣是所有節(jié)點每個自由度上的值依據(jù)所屬單元編號位置關系組裝得到的。

· 單元類型
主要描述不同的分析單元種類，目前主要是線性三角形單元、四邊形單元、四面體單元、六面體單元以及二次的上述單元，另外還包括殼單元、梁單元等，不同的商用軟件針對單元的命名和編寫都不太一樣，但總體大類不外乎以上各類單元。

· 等參數(shù)單元
為解決復雜問題提出的解決方法，將不規(guī)則單元按照一定的映射關系轉(zhuǎn)化為規(guī)則單元，這里的“等”體現(xiàn)在它們的節(jié)點數(shù)是一樣的，如圖3所示。而映射關系則基于坐標變換，它們之間的連接通過雅克比矩陣完成，最終實現(xiàn)對復雜問題的求解。
圖3 等參單元
·  沙漏現(xiàn)象
一種因為數(shù)值計算產(chǎn)生的有限元缺陷，體現(xiàn)為單元受力變形但沒有應變能，也就是我們常說的偽應變能，從而導致單元沒有剛度，這顯然是不正確的。一般可以通過細化網(wǎng)格或者改用完全積分單元來計算來控制沙漏問題的產(chǎn)生。
參數(shù)化設計
 
主要基于CAD設計軟件而言，設計中已經(jīng)將幾何約束關系等考慮在內(nèi)，通過直接尺寸驅(qū)動整體設計的更新，該技術使得設計更加高效快捷，常用的三維建模軟件均能實現(xiàn)這一功能，參數(shù)化設計有利于我們開展優(yōu)化設計和自動化的仿真等工作。
靈敏度及響應面（RSM）
 
優(yōu)化設計中的概念，靈敏度很好理解，用于分析變量對目標結果的影響。響應面也是用來進行靈敏度分析的，它是利用樣本點計算得到的值來擬合獲得一個曲面，主要用于優(yōu)化設計。這里面涉及很多統(tǒng)計學方面的知識，涉及抽樣方法、穩(wěn)健性評估等內(nèi)容。
主動控制（Active Control）
 
用于研究和控制振動噪聲的技術，字面意思是主動去對外部產(chǎn)生的振動噪聲進行干預，一般通過反饋調(diào)節(jié)控制。如果不好理解可以結合目前市面上比較流行的主動降噪耳機，這種耳機通過降噪系統(tǒng)產(chǎn)生于外界噪音相同但是反向的聲波，從而將噪音主動消除，達到降噪效果。

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