国产CAE软件技术支撑超100款车！迈曦软件工程应用怎么样？

2小时前浏览4

导读：MxSim 是一款国产通用 CAE 软件，具备多物理场耦合分析、丰富材料模型库、高效网格划分技术等功能特点，在航空航天、汽车工程、机械制造等诸多领域有着广泛应用，其求解器性能卓越，有独创算法体系且多物理场耦合求解能力强，产品架构涵盖核心仿真、智能设计、云端平台等模块，与国外同类软件相比，有着成本、本地化服务以及对国内标准和规范适应性方面的优势。

近日，迈曦软件参加由中国电子信息产业发展研究院、湖南省工业和信息化厅、株洲市人民政府共同主办的2024工业软件创新发展大会工业软件赋能重点行业场景开发专题论坛。迈曦软件副总经理任懋华指出，CAE软件公司不仅要有求解器等内核技术，还要有大量工程经验——迈曦软件核心团队不仅在CAE理论和软件核心技术上有着30年的技术积累，且为国内汽车公司提供CAE技术支撑超过了100款车，参与研发的汽车车型市场保有量达到了千万辆级别。

12月17日19时，由仿真秀主办的2024国产工业软件新进展专题报告会第十五期我们将邀请迈曦软件CAE解决方案专家范长伟高级工程师做《国产通用CAE软件MxSim及其工程应用》线上讲座，感兴趣的朋友可以提前报名，支持反复回看。

一、MxSim中AMLS子结构技术大揭秘

模态分析是一种研究结构在不同频率下振动特性的技术，用于帮助工程师了解结构在外力作用下的反应。通过模态分析，工程师能够识别结构的固有频率和对应的振动模式，预测出在特定条件下可能出现的振动和共振现象。

图-1悬臂梁振动模式云图

接下来，我们通过介绍模态分析基本方法，深入探讨MxSim代数多重子结构法（AMLS）在大型复杂模型中的高效应用。让读者感受迈曦软件工程应用到底怎么样？

1、模态计算方法与子结构技术

在数值计算领域，模态分析即求解模型刚度矩阵与质量矩阵构成的特征方程：

为求解广义特征方程，通常使用一些经典算法，例如Lanczos、子空间迭代和QR算法等。然而，随着模型规模扩大和精度要求提高，尤其是在整车NVH分析中，这些方法在计算内存和计算时间上仍然面临瓶颈。

为了更加高效地处理大规模模型，子结构技术成为提取复杂结构系统关键模态的有效手段。子结构技术首先将整个模型划分为若干部分，如图2所示，一个重型卡车的油箱模型被划分为油桶和连接架两个子结构。通过将模型的局部区域当作一个整体来处理，子结构技术能够缩聚局部自由度，仅保留界面自由度，从而显著减少整体模型的自由度。该方法不仅降低了计算负担，同时在动力学分析中保证了相对的准确性。

图2-子结构示意图

然而，传统的子结构方法通常依赖工程师手动划分模型，要求仿真工程师具备丰富的经验，否则划分不当可能影响仿真结果的精度。此外，手动划分的子结构数量有限，也限制了计算效率的进一步提升。

为了减轻工程师的负担，迈曦软件自主研发的子结构求解器（Automated Multilevel Substructuring，AMLS）完全免除了手动划分的繁琐操作。AMLS求解器是基于有限元稀疏矩阵的非零元图，从代数层面自动递归地划分子结构。图3显示了一个两层嵌套的剖分示意图，划分后矩阵由七个代数子结构矩阵组成：对角线上的矩阵代表各子结构的刚度和质量矩阵，非对角线矩阵则表示子结构间的耦合关系。

工程师使用MxSim-AMLS模块做模态仿真计算时，只需输入感兴趣的频率区间上限即可开始计算。当然，还可以选择设置频率区间下限、计算阶数等参数，以满足不同计算需求。

图3-代数子结构示意图

除了操作简便外，工程师最关心的还是计算效率。MxSim 搭载的自研AMLS求解器不仅能全自动完成子结构划分，还采用了高效的数据结构和多种细粒度任务并行机制，显著提升了整体计算效率。该求解器已在数千种不同类型和单元的结构上进行了验证，表现出极高的鲁棒性。

2、MxSim 白车身模态分析

接下来我们以整车白车身模态分析为例，展示如何利用 MxSim便捷地调用AMLS求解器，获取整车白车身的模态信息。

导入模型

图4.MxSim导入有限元计算文件

如图4，在MxSim中，模型导入步骤如下：

1.打开MxSim软件，选择“文件”→“导入”，支持多种文件格式（如 .mx、.fem、.bdf）,不用为兼容性发愁。

2.点击“浏览”，选择要求解的文件，选择“导入”。

模型概述：本次计算的白车身模型节点总数为654056，单元总数为564000，具体单元信息如表1所示，整体网格模型如图5所示。

单元类型	数量
实体单元	12556
壳单元	551444
连接单元	50106

表1.白车身网格模型信息

图5.白车身网格模型

创建模态分析工况

图6.边界条件

在模型上施加约束条件——在前杆、左后和右后安装位置施加固定约束，如图6所示。接着，在“工况设置”中选择“模态分析”类型。

设置 AMLS 求解器

图7.AMLS求解器卡片

如图7，在模态求解器选项中选择AMLS求解器，设置求解频率范围为0-300Hz。

提交计算

图8.提交计算页面

如图8，选择“计算任务”→“工况继承”，并选中需要计算的工况，点击“确定”。随后，在“任务列表”中找到刚提交的计算任务，点击“本地求解”启动计算。

查看结果

最终，AMLS求解器在[0,300]Hz内计算出422阶模态，用时112秒。为直观展示子结构求解器的优势，我们使用Block Lanczos求解器对该模型进行了对比计算，耗时872秒，几乎是AMLS求解器的8倍。两款求解器在前400阶固有频率的对比如图9所示，表2列出了部分模态云图的对比。从对比结果可以看出，AMLS求解器不仅计算效率更高，且在精度上完全满足工业计算需求，是大规模模态分析的理想选择。