【CAE软件研发难点分析】基于iSolver的轨道客车车体模态分析
iSolver为一个完全自主的面向工程应用的通用结构有限元软件，对标Nastran、Ansys、Abaqus设计和实现，具备结构有限元常用分析类型和单元、材料、载荷等基础算法组件，精度和Abaqus一致。本文以轨道客车车体模态分析为例，演示iSolver的分析流程，并将iSolver和Abaqus计算结果进行对比。
案例背景
振动模态是弹性结构固有的整体特性。通过对轨道客车车体进行模态分析，可以得到车体固有频率和相应的振型，避免车体的共振（尤其是车体与转向架之间）引发灾难性的后果。
有限元模型介绍
整车模型主要采用壳单元模拟，主要设备（如空调、变流器等）采用质量点模拟，设备与车体的连接通过MPC约束模拟。模型共包括壳单元1222916个，质量单元6个。
车体断面图如下：
整车有限元模型如下：
车体采用铝合金材料，材料属性如下：
采用Lanczos算法计算频率值从1-100Hz的前10阶模态，分析步设置如下：
分析难点
本案例的模型包括122万壳单元，67万节点，共400万自由度。
可能财大气粗的单位拥有高性能服务器没啥大问题，但对一般平民百姓来说，就是个普通的计算工作站甚至是笔记本。能在普通PC跑大模型才是iSolver的目标，大模型带来四方面的挑战：
很多人第一印象都会觉得计算效率对这种问题最重要，但实际上这种静力分析的隐式算法，只要算法优化的足够好，效率一般都会和商软差的不多，而被人经常忽略的是求解器的内存消耗，用户采用的是64G内存的普通工作站，结果发现一开始版本iSolver求解直接把64G内存和虚拟内存都撑爆了，后来新版本优化内存大量减少了内存消耗才解决。）
大模型的导入导出，用户拿到软件第一步很多都是把原来商软的模型导入看看，要是第一步导入都很慢，很多用户就直接放弃下面的步骤了，也无从谈起你的软件强大的其它功能和精度等了。而导入导出的速度主要是软件的数据结构和模型文件匹配的合理性，因为只有批量读节点和单元才能一次性的加速文件到内存数据的转化。事实证明，iSolver导入inp文件约11s，甚至比Abaqus/CAE本身导入这个文件的耗时还要少2s。
大模型的三维拖拽，三维显示数据结构和内核数据完全不同，必须重新写一套，三维显示数据的存储与管理必须同时考虑低的内存消耗和高效便捷的数据通信，才能达到流程的可视化渲染。
大模型的序列化，CAE前后处理都要定义核心数据结构和底层数据存储格式，二者之间需要通过I/O实现相互转化。借助数据序列化技术，可实现内存数据对象与磁盘文件的自动序列化和反序列化，这种底层数据存储其实都是通过本地数据库实现的，所以patran的工程文件直接取为db文件，除了核心数据本身，工程文件还需存储一些表头和标识字符等，方便从数据库查询，如何保证工程文件即小巧玲珑又快速查询相当关键，可惜在这方面iSolver也没找到合适的稳定的本地数据库，而自己写一套又太繁琐了，要有高手了解欢迎联系我们。
结果对比
基于Abaqus软件采用相同算法计算1-100Hz频率中前10阶模态，并将其与isolver计算结果进行对比：
isolver和abaqus计算得到的前5阶模态的位移云图如下：
结论：通过isolver与Abaqus计算的轨道客车车体模态频率与各阶振型均一致。
