SimSolid 技术分析

本文摘要（由AI生成）：

SimSolid是一款三维结构分析工具，采用非传统有限元方法，通过几何特征信息构造基函数，减少计算时间。其摒弃了FEM的多项式基函数，利用几何拓扑信息强化数据利用，降低对网格的依赖。尽管精度在某些不规则区域可能低于FEM，但SimSolid采用自适应网格技术提高精度。SimSolid的价值需通过实际工程项目检验，并与传统FEM方法进行了简单比较。

SimSolid 是一款三维结构分析工具，可以处理静力，动力，热等结构问题；不使用传统有限元方法FEM(Finite Element Method)的三角形/四面体/六面体网格，计算时间大大减少，而Altair收购SimSoild更是引起了广泛关注。

公开资料显示，SimSolid摒弃了传统的多项式的基函数构造方法，而使用了几何特征的体积，面，边，点的信息，这是与传统FEM最大区别。当然仅仅只是简单的体，面，边，点的几何信息无法构造出合适的基函数，在原始具有BREP几何基础上，还需要进行更多的数据提取，比如特征识别，参数识别等，让几何信息和附加属性更加丰富，便于用于构造基函数。

要了解SimSolid的底层技术，需要了解一下有限元的理论基础。有限元求解的对象是偏微分方程，理论上是基于瑞兹和伽辽金方法。在这个过程中需要构建一个基函数以及相关的形函数。理论上可以使用各种各样的基函数，而多项式无疑是最简单，最容易实现的。但是这种方法也割裂了与几何的关联，几何中的很多拓扑信息没能有效利用，SimSolid正是从几何入手，强化了对几何数据的利用，降低了对网格的依赖。目前大部分三维几何使用BRep的表达方式，拓扑信息比较丰富，理论上从数学角度找出可靠的基函数不是问题。

既然使用了新的基函数，那么精度就成为一个关心的问题。其实检验这种新函数方法也非常简单，使用不规则的曲线和曲面，检查计算结果，理论上SimSolid的计算结果在这些区域的计算值比精确的FEM要差。因为不规则的圆弧曲面需要更多的离散值来表达，不管是FEM网格还是拟合表达式。当然可以通过加密来解决这个问题，加密会带来性能上的损失，事实上SimSolid也是使用类似COMSOL，HFSS中的自适应网格技术(Adaptive Mesh)来提高求解精度。

精度和速度是仿真软件绕不开的一对矛盾，所以SimSolid的价值还需要更多的实际工程项目来检验。

下面是传统FEM方法和SimSolid的一个简单比较:

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