Ansys SCDM助我CFD仿真前处理事半功倍！
- 作者优秀
- 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
- 平台推荐
- 内容稀缺
在汽车行业中，CFD仿真计算成为了一种越来越重要的风险评估手段。随着车型开发节奏的不断加快，提升CFD仿真效率势在必行。我们都知道“工欲善其事，必先利其器”。无论你从事什么工作，找到一把趁手的兵器是你要解决的第一要务。这就好比是，要想完成“大闹天宫”的大事，孙悟空得先找到金箍棒，不然功力就会损失一大半。在汽车行业CFD领域中更是如此。一辆汽车的零部件有2万之多，如果没有高效的处理软件，这项工作将很难完成。CFD仿真计算涉及几何前处理、网格划分、求解器设置以及结果后处理四个环节。那是不是每个环节我们都要找到最高效的处理软件呢？理想条件下能实现当然最好了，但我个人觉得没有必要在所有环节上都煞费苦心。因为每个环节的工作量是不同的，我们只需要在最耗时的环节上使用最顺手的工具，就能大幅提升CFD仿真计算的效率。凭我个人长期从事CFD工作的经验来看，几何前处理和网格划分是最耗时的两个环节。花在这两个环节上的精力占比将高达50%~80%。因此，在这两个环节上找到一款顺手的软件显的十分必要。根据ANSYS公司的未来发展趋势以及我个人的使用经验，我强烈推荐大家在几何前处理和部分网格划分中使用ANSYS SpaceClaim Direct Modeler（简称SCDM）。SpaceClaim 是由SolidWorks公司的创始人 、参数化设计开创者之一的Mike Payne创立。SpaceClaim的建模思想不同于SolidWorks。SolidWorks是基于几何特征的CAD软件，而SpaceClaim采用了直接建模的思想。这种思想更符合人类的自然行为方式，使得几何模型的创建过程更加直接、形象。这些特点都很好地契合了CAE领域对于几何前处理的需求。因此，2014年工程仿真软件的全球领导者ANSYS宣布以8500万美元现金收购3D建模软件的厂商SpaceClaim公司，以期强化其在几何前处理方面的能力。至此，SpaceClaim被冠以ANSYS的名头，转身变成专为CAE前处理而生的3D建模软件。近几年，在软件的更新迭代上可以看到，ANSYS在SCDM身上投入了大量资源。未来，SCDM将成为ANSYS旗下的主流前处理软件，因此，学习并掌握SCDM将帮助你在未来市场中保持强劲的竞争力。SCDM强大的前处理功能有助于帮你持续提升工作效率。SCDM包含了CAE几何前处理的方方面面：直接法建模思维让3D模型的创建变得更简单。想象你的面前有一团泥巴，你可以放飞自己的想象力，任意捏出你能想到的东西。使用SCDM就有这种感受。通过下面的动图你能更加直观的感受这一过程。动图1
SCDM具有高效的模型修复与简化功能。由于汽车零部件很多，且造型较为复杂，我们从零部件设计部门拿到的数据往往各种问题，比如：间隙、面缺失、重复面、孔洞等等，SCDM提供了整套的修复工具，可以帮助工程师快速修复模型。另外，我们常常需要对几何进行简化，比如：合并小型面、去除圆角等，SCDM同样提供了方便快捷的简化工具。图2展示了SCDM的拼接功能。
如图3所示，对汽车进行外流场计算时，可以利用SCDM提供的外壳工具，实现汽车外流场的快速抽取，其中，外壳长方体的六个面到汽车的距离可以根据我们的需求自行设置，非常的人性。图3 汽车外流场流道抽取
除了外流场，大多数情况下我们还要进行内流道的抽取。图4展示了一个复杂的流道模型，使用普通的布尔运算来抽取这个流道显得比较复杂，利用SCDM提供的体积抽取功能就可以非常方便、快捷的获取复杂几何的内流道。
在汽车行业中，HVAC（供热通风与空气调节）的CFD仿真是一项非常重要的工作，其中涉及到多翼离心风机的CFD计算。我们知道旋转机械的CFD计算中包含两个区域，一个是旋转域，另一个是静止域，通常情况下我们希望这两个区域的网格节点是一一对应的，这时，我们在几何前处理的时候就需要进行几何共享拓扑。图5展示了进行共享拓扑处理后网格节点的情况。图5 几何共享拓扑
SCDM的网格划分功能继承自ICEM。个人认为在软件操作上比ICEM更好用，ICEM的迭代更新几乎为零，而SCDM却每一版都有惊喜。下图是简单弯管的纯六面体网格划分。各位同学亲自上手体验一下，就会发现真的好用。
在SCDM里面可以直接对几何模型的边界进行命名，如下图所示。这些准备好的边界名会直接传递到Fluent中，为后面的参数化建模及优化建立了通道。图7 边界命名
顾名思义，脚本建模就是通过代码脚本进行几何建模的一种方式。这种几何建模的效率极高，通常只需要工程师事先编制好脚本代码，然后就可以重复利用这段代码进行几何模型的一键创建。SCDM提供了脚本录制的功能，即使你的编程能力比较弱也可以轻松根据自己的需求定制脚本代码。下图演示了多翼离心风机的自动化脚本建模过程。无论是汽车行业还是其他产品设计领域，性能优化都是一个绕不开的话题。SCDM同样提供了参数化建模及优化的解决方案。参数化建模的基础是脚本建模。我们需要在脚本建模的基础上将特定的参数提取出来，通过修改脚本代码将其转变为一个变量，联合Workbench平台的优化模块，建立优化流程，即可实现参数优化。
SCDM提供的功能涉及到CFD计算的方方面面，掌握SCDM的使用技巧将大幅提升我们的工作效率。前面只是简单介绍了SCDM的各种功能，要想熟练运用SCDM，还需要学习软件的基本思想和操作技巧，同时也需要大量实际案例的练习。为了让更多同学和工程师们能真正运用SCDM解决实际问题，笔者受仿真秀邀请，推出了关于SCDM应用在仿真前处理方面的基础课程《SCDM CFD高效建模和ACT二次开发10讲》，通过本课程的学习，一定可以帮你理解软件背后的逻辑，提升软件的操作技巧，并大幅提升你的工作效率，让你在竞争激烈的当下持续保持核心竞争力。
SCDM CFD高效建模和ACT二次开发10讲：掌握SpaceClaim汽车行业9大高级应用
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