無(wú)網(wǎng)格計(jì)算流體力學(xué)軟件NoGrid Points介紹

2017-07-30 by:CAE仿真在線(xiàn) 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

NoGrid Points軟件是基于有限點(diǎn)方法(FPM,Finite Pointset Method)的新一代無(wú)網(wǎng)格計(jì)算流體力學(xué)軟件,代表了流體數(shù)值仿真的最新發(fā)展方向。

NoGrid軟件由核心求解器Solver FPM、圖形用戶(hù)界面points、CAD接口CAD Compass以及第三方軟件接口等模塊組成。除了可以通過(guò)Compass直接建立流體計(jì)算域的幾何模型外,還包含了與各種主流CAD軟件的導(dǎo)入接口。

NoGrid軟件的不僅提供優(yōu)秀的圖形用戶(hù)界面,用戶(hù)還可以基于ASCII文本方式編輯計(jì)算模型,所有的操作均提供了對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字,用戶(hù)可以通過(guò)自定義程序完全控制軟件的運(yùn)行,并易于實(shí)現(xiàn)與其他軟件之間的集成。

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FPM與傳統(tǒng)的數(shù)值方法(如有限元法、有限體積法、有限差分法等)最大的區(qū)別是無(wú)需進(jìn)行微分方程離散所必需的網(wǎng)格劃分。FPM的點(diǎn)集(也叫點(diǎn)云)依據(jù)指定條件自動(dòng)產(chǎn)生、移動(dòng)、重新填充或是銷(xiāo)毀,點(diǎn)集的分布可以是任意的,如在整個(gè)求解域上均布,或是隨時(shí)間/幾何位置等而變化。

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突破傳統(tǒng)CFD瓶頸

傳統(tǒng)有限元/有限體積法隨著應(yīng)用范圍的擴(kuò)展,其固有的一些缺陷也日益突出:在材料成形、高速碰撞、流固耦合等涉及特大變形的領(lǐng)域中,基于拉格朗日法的有限元網(wǎng)格可能產(chǎn)生嚴(yán)重的扭曲,甚至使得單元的雅可比行列式為負(fù)值,不僅在計(jì)算中需要網(wǎng)格重構(gòu),而且嚴(yán)重影響解的精度;對(duì)高速?zèng)_擊等動(dòng)態(tài)問(wèn)題,顯式時(shí)間積分的步長(zhǎng)取決于有限元網(wǎng)格的最小尺寸,因而網(wǎng)格的扭曲將使得時(shí)間積分步長(zhǎng)過(guò)小,大幅度增加了計(jì)算工作量。由于有限元近似基于網(wǎng)格,因此必然難于處理與原始網(wǎng)格線(xiàn)不一致的不連續(xù)性和大變形。網(wǎng)格重構(gòu)不僅計(jì)算費(fèi)用昂貴,而且損害計(jì)算精度。

FPM無(wú)網(wǎng)格方法采用基于點(diǎn)的近似,可以徹底或部分地消除網(wǎng)格,不需要網(wǎng)格的初始劃分和重構(gòu),不僅可以保證計(jì)算的精度,而且可以大大減小計(jì)算的難度。傳統(tǒng)的流體分析軟件在解決自由液面、高速碰撞、移動(dòng)邊界或是移動(dòng)物體等工程問(wèn)題時(shí),需要一套獨(dú)特的網(wǎng)格重劃分或是網(wǎng)格自適應(yīng)算法,由于在網(wǎng)格質(zhì)量、算法求解、收斂性等方面存在一系列問(wèn)題,使得傳統(tǒng)方法受到了很大的限制。FPM憑借其先進(jìn)的無(wú)網(wǎng)格技術(shù)和特有的算法,在自由液面、多相流、流固耦合等方面取得了極大的成功。

根據(jù)流動(dòng)的特性可對(duì)描述流體的偏微分方程進(jìn)行分類(lèi),如拋物線(xiàn)型、雙曲線(xiàn)型和橢圓型。FPM軟件的核心解算器可以有效地處理所有類(lèi)型的流體。FPM軟件包含了豐富的計(jì)算模型,如化學(xué)反應(yīng)及燃燒模型、材料特性及流變模型、廣義牛頓流、粘彈性流體、熱粘彈性模型等。