前言

格物云CAE是远算自主研发的国产可控云端通用CAE平台，平台以结构力学、流体力学以及水动力仿真内核为基础，实现通用和场景化的CAE体验，达到国际一流CAE软件的效率和精度，构建完整的云端CAE生态。

简介

格物云CAE全部文档，包括案例视频列表，Step by Step用户手册, 仿真模块介绍等

基础教程

结构力学仿真

静力分析

静力学分析适用于计算一个或者多个物体组成的结构，对不随时间变化的载荷作用的响应，施加的载荷可为重力、力、压强等，约束条件可为位移、固定等。

通过静力学分析，直观的向用户展示，结构在所施加的载荷和约束作用下的变形状态，与应力应变数值，为用户的设计提供可靠的帮助。此外，用户还可根据仿真结果对模型进行任意修改，任意设置仿真案例数量以满足用户的工作学习需求。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启静力学仿真

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择结构仿真-静力学分析，点击开始仿真按钮，开始仿真:

在弹出的创建工程窗口中输入工程名:

输入工程名称后，点击创建，进入静力学仿真界面:

静力学仿真模块树如图所示：

1. 产品手册

1.1 全局设置

用户可在静力学选项卡中根据需要设置线性或者非线性分析类型。

1.2 几何导入

用户可以在这里上传几何模型，模型格式建议为iges、step、brep、xao且大小不超过200M。

1.2.1 几何分组

用户可以在几何模型中创建点、线、面、体的分组。

1.3 网格导入

用户可通过点击网格，导入本地网格，格式建议为，med、inp、cdb、cgns且大小不超过200M。用户需预先把所需的载荷组与约束组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义组的点、线、面和体。
同时可以在此选项按照平台内置算法划分网格。

1.4 接触设置

在模型建立时没有进行融合操作的结构都需要对其进行接触设置，设置类型分为两大类：线性接触和非线性接触。

1.4.1 线性接触

线性接触指互相接触的两个物体，接触点是连续的，而且接触点组成一条直线，，即零件保持粘结或具有小变形的假设。线性接触又分为绑定、相对滑动、旋转对称。

1.4.2 非线性接触

所有不属于线性接触的接触类型都属于非线性接触，非线性接触分为罚函数法和增广拉格朗日法。

1.5 单元设置

在此选项卡中，可手动或自动选择设置三维完全积分单元或者三维缩减积分单元类型，以及网格阶数为一阶或者二阶。

1.6 全局模型

在此选项卡中，可设置重力加速度相关的系数。

1.7 材料设置

在此选项卡可选择大部分常用材料（如钢、铁、铝、玻璃、橡胶、陶瓷等金属和非金属材料），材料包含各自基础的力学特征，包含本构行为、密度、泊松比、杨氏模量、蠕变等。

1.8 初始条件

可在初始状态下设置模型的一些基本物理状态，主要是初始位移和初始应力。

1.9 边界条件与载荷

用户可在边界条件选项卡中选择约束类型和加载方式以及附加质量。

1.10 求解器

用户可在求解器中选择不同的计算方法，选择不同的迭代方法和收敛准则。

1.11 时间步&资源

当用户打开非线性计算可在此选项卡中对时间步进行定义，同时可设置计算的核数以及最大计算时间。

1.12 结果控制

在此选项卡中用户可以提交计算或者根据需要选择特定的输出结果，包括位移、应力（主应力、等效应力）、应变（主应变、等效应变），结果以云图方式展示。

2. 教程案例

案例1-小椅子静力分析

案例2-吊耳静力学分析

案例3-拱坝拟静力分析

案例4-厂房稳定性分析

案例5-螺栓预紧力

案例6-轴承连接仿真分析

案例7-橡胶压缩分析

案例8-机械转子静力学分析

案例9-飞轮静力仿真

案例10-压力容器静力学仿真

3. 设置项详解

3.1 在静力学分析

点击静力学分析选项卡，会出现非线性效应的选项卡，若打开非线性效应则计算时按照非线性进行迭代计算，否则按照线性分析仿真过程。

3.2 几何

用户可从本地上传几何文件，上传后选项卡会展示几何外形，显示顶点数量、边线数量、环线数量和面数量等。

• 几何分组：上传几何文件后，用户需对几何进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。不分组自动画网格功能不能使用！

3.3 网格

用户可从本地上传网格文件，上传后选项卡会展示网格外形，显示单元数量、节点数量、边线数量和面数量等。上传网格文件前，用户需提前对模型进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。
用户也可将上传的几何文件在此处划分网格，生成.med文件。

• 类型：在此处选择用于计算的网格来源
  • 几何生成：将上传的几何文件剖分
  • 上传网格：直接导入外部网格模型
• 几何模型:当类型处选择“几何生成”时，此处默认的是导入几何的文件名。
• 网格划分方法：此处选择划分网格的算法。
  • 自动划分：平台自动生成四面体网格，只能调节网格密度。
  • 手动划分：可以调节网格的单元最大最小尺寸以及网格密度
• 网格划分精度：控制网格密度的滑块，0代表网格最粗糙，4代表网格最精细。
• 单元最大尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最大长度。
• 单元最小尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最小长度。

3.4 线性接触

• 绑定接触：两个接触物体间没有相对位移。在此选项卡中用户可设置，容差值：从属面距主从面最近的距离，该选项会改变接触的区域大小，如果不启用容差则会导致所选从属节点绝对绑定至主面，在选择主接触面时，必须选择体单元类型！！！从接触面选择另一个接触面；
• 相对滑动：允许两个接触面在接触表面相切的平面上有位移，但不允许沿接触面法线方向有位移，在此选项卡中用户可设置，容差值：从属面距主从面最近的距离，该选项会改变接触的区域大小，如果不启用容差则会导致所选从属节点绝对绑定至主面，在选择主接触面时，必须选择体单元类型！！！从接触面选择另一个接触面；
• 旋转对称：用于对360°范围内循环结构进行部分建模，能极大减少计算时间与内存消耗，需要设定对称中心、对称轴以及选择角度，主从面的选择用于定义模型边界。

3.5 非线性接触

非线性接触能够真实的反应两个部分之间的物理接触状态，与线性接触不同，这些接触不仅表示结构通过节点连接还可计算各结构之间的接触力。
以下的通用参数可用于全局的非线性接触选择算法：
非线性算法可选择：固定点法和牛顿法。

• 固定点法：在牛顿迭代的基础上加入外部循环迭代，解决非线性变形。此算法可用参数：
  • 几何更新：几何模型更新可在自动，手动，无更新之间选择；
  • 最大迭代次数：在几何更新自动模式下表示算法迭代最大次数，如果达到该 值，则会报告计算发散无法收敛；
  • 迭代准则：几何更新自动模式下可用，表示算法的阈值，小于该值则表示计算收敛；
  • 摩擦：允许选择是否在仿真时考虑切向库仑摩擦力，若选择库伦摩擦，则该算法有两个可用选项：牛顿和固定点。
  • 摩擦迭代判据：与上述最大迭代次数相同，用于判断摩擦计算的收敛性
  • 接触算法：包含两种算法固定法和牛顿法，牛顿法的迭代次数包含于全局设定，固定点法则可设定最大迭代次数与次数乘子，次数乘子为把最大迭代次数变为从属面节点数目乘以次数的乘子。
  • 收敛稳定：计算接触和摩擦时会改变矩阵的计算，帮助收敛。
  • 收敛平滑：网格曲面的法线平滑，适用于曲面。
• 牛顿迭代法：几何更新包含于牛顿迭代中，唯一可用的参数为迭代准则，即解收敛时接触面穿透的残余阈值。

点击非线性接触的加号按钮可定义每个接触对，接触对可在罚函数法和增广拉格朗日法之间选择，参数设定如下所示：

• 罚函数系数：确定接触对的刚度接触对常数。
• 接触刚度：接触刚度有四种选择：低、中、高和自定义。接触刚度越大，计算中接触对互穿量越少，然而，对于较大的惩罚系数，会让收敛变得难以收敛，因此，用户需找到现实接触行为和收敛优化之间的平衡。
• 增广拉格朗日接触因子：增广拉格朗日的乘数的值。
• 摩擦系数类型：允许用户设置接触对的计算方法，选择方法与法向力相同，选项有两项：摩擦惩罚因子和拉格朗日摩擦因子：
  • 摩擦惩罚因子：在计算摩擦力结果中的惩罚因子。
  • 拉格朗日摩擦因子：计算摩擦力中的拉格朗日乘子。
• 库伦摩擦系数：切向摩擦力与法向正压力之比。
• 虚拟间隙：允许在接触点之间引入人工分离间隙。若启用，当间隙小于主间隙和从间隙之和时，接触点被视为激活，同时间隙可作为变量值输入。

3.6 单元设置

• 单元设置：默认情况下，选择自动，用户可手动选择不同选项。
• 类型：可选择三维完全积分单元（抛物线插值）或三维缩减积分单元（线性插值）。
• 子单元：当单元设置为手动时，会出现子单元选项，点击子单元的加号按钮出现子单元1、子单元2、子单元3…等选项，用户可根据需求选择不同位置的单元赋予不同的单元类型。

3.7 全局模型

全局模型：用户可在此选项卡中输入重力加速度，重力加速度输入的形式包括数值，表格或者函数形式，同时可在全局坐标系下定义重力加速度的方向，默认为Z的负方向。

3.8 材料

材料选项卡中用户可定义全局的材料性能，包括材料本构行为（默认线弹性），杨氏模量、泊松比、密度，单位也可根据需要随时改变。
点击材料的加号按钮，用户可选择内置的不同材料，各项材料力学基本属性都已默认填写，同时可根据用户需要赋予所属模型网格。

3.9 初始条件

该选项会再打开非线性计算时出现，线性计算时隐藏，此选项有两个选项，位移和应力：

• 位移：能够赋予全局模型在全局坐标系下的位移分量，同时点击位移旁的加号，能够对局部网格进行设定初始位移。
• 应力：能够赋予全局模型在全局坐标系下的6个应力分量，点击应力旁的加号，能对局部网格进行设定初始应力。

3.10 边界条件与载荷

边界条件与载荷定义了系统与环境交互的方式，一般的，边界条件与载荷由三部分组成：边界类型、边界分配、边界条件值。
边界类型：点击边界条件与载荷旁的加号按钮可选择不同的边界条件；

• 面载荷分布：用户可在该选项卡中对需要的面单元，设定全局坐标系下的三个载荷分量，载荷可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 固定支撑：用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加6个自由度方向的固定约束。
• 体分布载荷：用户可在该选项卡中选择对应的体单元，施加全局坐标系下的3个方向的载荷分量，载荷可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 螺栓预紧力：用户可在该选项卡中选择对应的两个接触面，分别为主施加位置和从施加位置，然后输入所需的螺栓预紧力，完成螺栓预紧力的设定。
• 弹性支撑：用户可在该选项卡中选择对应的面设定，设定选项由弹簧刚度、刚度定义、刚度值，当刚度定义选择各项同性时，弹簧刚度在全局坐标系下三个方向的值都一致，当刚度定义选择各项异性时，则可对弹簧刚度在全局坐标系下三个方向的值进行自由设定；刚度定义：选择“总体”，定义的刚度值将应用于面的所有节点；选择“分布模型”时，刚度将分布到应用刚度的面区域。
• 位移约束：用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加3个平动自由度的位移，用户可可通过勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的位移条件，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 对称约束：用户可在该选项卡中选择对应的面，该平面作为结构的对称平面。
• 压强：用户可在该选项卡中选择对应的面施加压强，压强方向默认为施加平面的内法线方向，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 面力载荷：你可在该选项卡中选择对应的面施加全局坐标系下三个正交方向的力矢量，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 节点载荷：用户可在该选项卡中选择对应的节点施加全局坐标系下三个正交方向的力矢量，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 离心力载荷：用户可在该选项卡中施加结构绕固定轴旋转时的力，该载荷施加需要定义三个参数：旋转轴的位置、旋转轴的方向、转速。
  • 旋转轴的位置通过轴上的点定义，需要在全局坐标系下定义一个点
  • 旋转轴方向需要在全局坐标系下定义方向向量
  • 旋转方向使用右手法则，拇指与旋转轴对齐，四指表示旋转方向
  • 转速可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 附加质量：用户可在该选项卡中施加一个有质量的点，该点与选定的施加位置用远程连接，定义附加质量时需要定义质量点的质量、位置（全局坐标系下的坐标）
  • 施加位置选择体、面、线、点
  • 变形行为选项为可形变时，质量点和施加位置之间为柔性连接，变形行为选项为不可形变时，质量点和施加位置之间为刚性连接。
• 离散点绑定位移：用户可在该选项卡中对选定的面或者体施加远程位移边界条件，该边界条件需要4个参数来定义：位移、旋转、外部点、变形行为
  • 位移：在全局坐标系下，用户可根据自己的需求任意规定3个正交方向是否约束，输入值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入
  • 旋转：用户可根据需求在全局坐标系下规定3个正交的旋转方向是否约束，输入值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入
  • 外部点：在全局坐标系下外部点的坐标，变形行为选择和附加质量的变形行为选择一致。
• 离散点绑定力：用户可在该选项卡中选择从远程点向结构的面施加力矢量，该选项需要定义3个参数：绑定力、力矩、外部节点（远程点）
  • 绑定力：用户可输入全局坐标系下的3个正交方向的力分量，输入值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入
  • 力矩：用户可输入全局坐标系下的3个正交方向的力矩分量，输入值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入
  • 外部节点：全局坐标系下远程点的坐标
• 旋转约束：用户可在该选项卡中为网格模型设置旋转自由度的约束，该约束有3个重要元素需要设置：基准点、旋转轴、旋转角度
  • 基准点：全局坐标系下旋转轴初始点的三个正交方向的坐标
  • 旋转轴：输入全局坐标系下三个正交分量合成，适用于右手法则
  • 旋转角度：该数值为所选物体绕旋转轴数学意义上的定义，输入单位可在弧度或者度之间转换。
  • 施加位置：选择体

3.11 求解器

求解器面板包含控制有限元静力学分析求解模型的方程求解器的一些设置，包括算法选择、残差和阈值类型、最大迭代次数、时间积分等方案，以下会对每种设置及其过程机械阐述，这些参数在大多数情况下都足够好，但用户可利用可选项来优化计算过程，提高速度、鲁棒性和精度。

• 求解计算方法包含：MUMPS,LDLT,Multifrontal,PETSC四种方法
• 载荷对称选项：打开用于强制结构的刚度矩阵为对称矩阵。
• 检测到奇异时是否停止：打开则会开启评估，当矩阵奇异性评估结果为正，则停止计算，对于非线性解，可用牛顿准则代替。
• 奇异性监测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测 MUMPS多用于大规模稀疏矩阵的直接求解，该选项卡有自己的一些特定设置
• 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定
• 矩阵过滤阈值：默认选择-1
• 单精度：可选择开启或关闭
• 是否进行预处理：用户可选择是否启用矩阵的预分析用以优化计算
• 矩阵重新编号方法：矩阵优化算法，对仿真计算的内存消耗有巨大影响：
  • AMD:使用近似最小度数方法
  • SCOTCH:是一个强大的重新编号工具，适用于大多数场景，是MUMPS的标准选项
  • AMF：使用近似最小填充方法
  • PORD:是MUMPS中包含的重新编号工具
  • QAMD:是自动检测准密集矩阵的AMD变体。
  • Automatic: MUMPS自动选择重新编号的方法
• 分布式矩阵存储：如果启用，矩阵存储将在不同的进程中拆分，禁用则为每个进程保存一份矩阵副本
• 内存管理：允许选择RAM与磁盘的使用情况
  • 自动：允许求解器决定最佳设置
  • 核内存储：通过将所有对象存储在内存中，优化计算时间。
  • 评估：在求解器日志中提供最佳设置
  • 核外存储：通过在内存外存储对象来优化内存使用

LDLT对系数矩阵执行经典的高斯消去过程
MULTIFRONTAL系数矩阵分解法对矩阵进行LU或Cholesky分解，该方法的矩阵重新编号方法有两种方法

• MDA:对超过5000或者更大自由度的大模型选择此选项
• MD：小模型选择此选项

PETSC使用可移植、可扩展的科学计算工具包中的不同算法和组件。

• 算法：选择求解算法
  • CG:共轭梯度
  • CR:共轭残差
  • GCR:广义共轭残差
  • GMRES:最小广义残差，是鲁棒性和速度之间的最佳折衷
• 预处理器类型：选择算法以计算和重新调整矩阵用以寻找最优解
  • MUMPS LDLT:单精度完全Cholesky分解
  • 预处理器刷新时间：设定矩阵迭代刷新间隔
  • 最大迭代次数：求解器允许的最大迭代次数。如果设置为0，则按算法执行值估计。
  • 相对残差收敛阈值：残差值，如果再迭代之后，残差低于该值，算法结束。 非线性方程求解器的目的是用以找到一般非线性方程的解，非线通过大变形和旋转、材料非线性和非线性接触等条件引入平衡方程，在不知道平衡方程显式解析解的情况下需要进行数值‘搜索 ’过程来逼近，一般有两种方法：牛顿法和牛顿-克里洛夫法:
• 非线性分辨率类型：在牛顿算法中选择
  • 牛顿：在每个加载步中，使用经典的完全‘精确’方法解析非线性方程组
  • 牛顿-克里洛夫：使用‘近似’方法，利用线性方程迭代来节省时间
• 收敛性准则：选择用于评估牛顿迭代收敛性的残差定义。
  • 相对的：将内外力不平衡归一化为外力大小来计算残差
  • 绝对的：直接与残差作比较。
  • 自适应：同时使用相对和绝对的标准，在每次牛顿迭代时，默认使用相对标准，若外部载荷消失，则使用‘绝对’标准。
• 绝对精度：残差的阈值，当残差低于该值时，迭代被认为时收敛的。
• 预测矩阵：选择每个加载步中第一次迭代时使用的刚度矩阵
  • 切线矩阵：在计算矩阵时考虑系统中的非线性
  • 弹性矩阵：在计算矩阵时只考虑系统的弹性模量。
• 雅可比矩阵：和以上描述类似
• 最大牛顿迭代：每个加载步允许的迭代次数
• 依迭代更新：在经过迭代次数后将重新计算雅可比矩阵
• 依增进更新：在经过加载步后将重新计算雅可比矩阵
• 改变雅可比矩阵：开启时，如果在加载过程中时间步长低于给定阈值，则选择将雅可比矩阵从切线改为弹性矩阵
• 牛顿方法收敛协助：用于帮助牛顿法的收敛，特别时在不使用雅可比正切矩阵时。

3.12 时间步&资源

线性静力学计算

• 时间步划分策略：在求解单个时间步长或时间步长列表之间进行选择。
  • 单步分析：运行单个负载情况。
  • 多步分析:允许计算时按照时间变量的负载情况进行计算
  • 静态计算的时间步长若选择‘单步分析’则运行计算选择的时间，若不使用多个时间步长，则默认为0.
  • 静态计算的时间步长若选择‘多步分析’则结束时间默认为1.时间步长默认为0.1，则一共计算10个案例。

非线性静力学计算
非线性静力学计算中，允许一个或者多个特性随时间变化，例如材料特性（塑性或超弹性）、非线性载荷（非线性接触）等，因此需要控制时间积分，为此，存在两种策略：自动或手动调节时间步长定义。

• 手动调节：用户可在此选项中根据自己的需要定义时间步长，但若时间步长相对于计算结果的变化太大，则会导致收敛问题，该选项中有以下参数可调：
  • 结束时间：仿真模拟结束的时间
  • 时间步长：为后续积分时间间的间隔，用户可为整个仿真时间定义特定的值，也可打开表格窗口，为每个时间间隔指定多个值。
• 自动：你可使用自适应的时间步长方案选择此选项，该选项会在每次计算发生错误时将当前时间步长细分为更小的时间步长，通过使用较小的时间步长来客服大多数收敛问题。
  • 结束时间：仿真模拟结束的时间
  • 最大时间步长：在执行步长切割之前定义仿真的初始时间步长定义，这里的使用方法与线性分析的时间步长设置一致，用户可参阅上面的相关设定
  • 最小时间步长：任何细分时间步长的最小时间步长间隔。
  • 最大残差：在出现发散误差之前，牛顿迭代的最大允许残差。
  • 时间步切割策略：选择触发时间步细分的情况
    • 计算出错：发散或者矩阵奇异
    • 发生接触：接触从打开变为关闭
    • 物理场变化：给不同的物理场更改特定的阈值
    • 非单调残差变化：在最近的三次迭代中，残差没有减少，这允许通过尽早减少牛顿迭代来节省计算时间。
  • 时间步切割计算：选择计算较小时间步长的方法。
    • 手动计算：可用于计算出错、发生接触、非单调残差变化的选项，根据固定细分选项的给定参数，将当前时间步长细分为相等间隔的步长，此外在给定的情况下，通过固定扩增选项中的参数，将时间步长加大来节省计算时间
      • 牛顿迭代次数附加百分比：若残差单调减少，且预计在给定的附加次数内达到阈值，则允许求解器在当前时间保持迭代，允许的额外迭代次数为求解器选项中指定的最大牛顿迭代次数的百分比。
      • 切分段数：当前时间步长的等分份数。
      • 最大切分次数：执行细分的最大次数。
      • 牛顿迭代阈值：触发固定扩增的标准，若上个时间步，在低于该参数的牛顿迭代次数中实现收敛，则时间步长将增加。
      • 时间步增长比例：时间步长增加的百分比。
    • 根据迭代次数：用于错误、非单调残差变化。求解器根据最新的一个时间步长残差变化，估计在收敛之前达到牛顿迭代目标值所需的时间步长。
  • 物理场变化：适用于物理场发生变化的仿真计算，求解器根据上个时间步的物理场变化估计实现目标场变化值所需的时间步长。
  • 时间步切割计算：用户可在该选项卡选择物理变化值和混合计算选项：
    • 物理变化值：你可设定物理变化值来确定迭代时间步长。
    • 混合计算：仅在物理场变化选项激活时有用，细分方法和手动计算选项类似，求解器估计增长的时间步长来满足物理场变化的目标。 此外，用户还可定义结果输出的数据量，由结果写入时间步定义。
  • 分隔选取：通过跳过固定数量的时间步来输出时间，由输出频率控制。
  • 所有计算时间步：写入所有计算时间步长，包括细分的时间步长。
  • 初始时间步长：输出写入在‘最大时间步长’中定义的时间步长。
  • 自定义：用户可手动输入输出的时间步长。
• 用户还可在此处设定计算所需的资源和计算时间
  • 计算核数：用户可定义仿真计算所需的计算核数。
  • 最大计算时间：定义仿真的最大时间，超过该值就会自动停止计算。

3.13 结果配置

用户可在这个选项卡中，输出响应的结果

• 物理场：用户可选择输出位移、应变、主应力、等效应力等模型的基本加载响应。

3.13 仿真结果

用户可在此选项卡中获得仿真计算之后的应力应变云图，而且可获得计算日志，便于用户的使用，同时当全部条件设定完全后可在本选项卡组点击开始计算按钮，会给用户显示项目的创建时间和结束时间。

传热分析

传热学分析基于数值传热学有限元法对固体材料传热特性变化进行数值仿真，通常用来校验结构零件在热边界条件或热环境下的产品特性, 可以计算出结构内的温度分布状况，并直观地看到结构内潜热、热点位置及分布。目前支持三维实体模型的导热、对流与辐射传热分析，并展示固体材料中的温度分布和热流量。

通过传热学分析，直观的向用户展示，结构在所施加的载荷和约束作用下的温度分布、热流密度分布状态，为用户的设计提供可靠的帮助。此外，用户还可根据仿真结果对模型进行任意修改，任意设置仿真案例数量以满足用户的工作学习需求。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启传热学仿真

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择结构仿真-传热学分析，点击开始仿真按钮，开始仿真:

在弹出的创建工程窗口中输入工程名:

输入工程名称后，点击创建，进入传热学仿真界面:

传热学仿真模块树如图所示：

1. 产品手册

1.1 全局设置

用户可在传热学选项卡中根据需要设置非线性效应、根据时变特性选择稳态或瞬态研究。

1.2 几何导入

用户可以在这里上传几何模型，模型格式建议为iges、step、brep、xao且大小不超过200M。

1.2.1 几何分组

用户可以在几何模型中创建点、线、面、体的分组。

1.3 网格导入

用户可通过点击网格，导入本地网格，格式建议为，med、inp、cdb、cgns且大小不超过200M。用户需预先把所需的载荷组与约束组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义组的点、线、面和体。
同时可以在此选项按照平台内置算法划分网格。

1.4 兴趣点

用户可通过点击兴趣点，创建一个点、球、圆柱或者笛卡尔盒子，根据要求设置坐标以及范围。

1.5 线性接触

在模型建立时没有进行融合操作的结构需要对其进行接触设置，线性接触指互相接触的两个物体，接触点是连续的，而且接触点组成一条直线，即零件保持粘结或具有小变形的假设。用户可通过点击线性接触增加接触，通过选择连接方法选定绑定、旋转对称。并设置接触的相对容差。用户还需要选择接触面，主要包括两个接触面：

• 主接触面位置
• 从接触面位置

1.6 单元设置

在此选项卡中，可手动或自动选择设置网格阶数为一阶或者二阶。

1.7 材料设置

在此选项卡可选择大部分常用材料（如ABS塑料、黄铜、水泥、软木、玻璃纤维环氧树脂、铅等金属和非金属材料），材料设置包含各自基础的热力学参数，包含密度、传导特性、导热系数、定压比热容等。包括全局材料以及局部材料参数的设置。

1.8 边界条件与载荷

用户可在边界条件选项卡中选择边界类型和相关参数表达式； 边界类型包括：热通量、温度、热对流、体积热源。

1.9 求解器

用户可在求解器中选择不同的计算方法，选择不同的迭代方法和收敛准则。

1.10 时间步&资源

当用户可设置计算的核数以及最大计算时间。

1.11 结果配置

在此选项卡中用户可根据需要选择特定的输出结果，包括物理场（热通量、温度）、表面物理量计算（热流量、平均值、极值）、体积物理量计算（平均值、极值）；用户也可对所选定的兴趣点进行单独分析，包括该位置处的物理场以及场分量。

1.12 仿真计算

设置完毕后可在此处提交计算，并查看相关的计算结果云图、兴趣点结果折线图。

2. 工程案例

案例1-墙壁传热学分析

案例2-压力容器传热学分析

案例3-混凝土梁桥传热分析

案例4-杯子传热分析

案例5-水冷散热器对流换热

案例6-弯曲管道传热学分析

案例7-切削热散热分析

案例8-电机驱动板散热仿真分析

案例9-油汀散热分析

案例10-汽轮机外壳传热分析

3. 设置项详解

3.1 全局设置

点击传热学分析选项卡，会出现非线性效应的选项卡，若打开非线性效应则计算时安装非线性进行迭代计算，否则按照线性分析仿真过程。 用户还需根据计算要求选择瞬态分析或者稳态分析，稳态分析需要定义材料的热传导率，瞬态分析还需要定义质量密度和比热参数。如果有热应力分析，则还需要定义热膨胀系数。

3.2 几何

用户可从本地上传几何文件，上传后选项卡会展示几何外形，显示顶点数量、边线数量、环线数量和面数量等。

• 几何分组：上传几何文件后，用户需对几何进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。不分组自动画网格功能不能使用！

3.3 网格

用户可从本地上传网格文件，上传后选项卡会展示网格外形，显示单元数量、节点数量、边线数量和面数量等。上传网格文件前，用户需提前对模型进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。
用户也可将上传的几何文件在此处划分网格，生成.med文件。

• 类型：在此处选择用于计算的网格来源
  • 几何生成：将上传的几何文件剖分
  • 上传网格：直接导入外部网格模型
• 几何模型:当类型处选择“几何生成”时，此处默认的是导入几何的文件名。
• 网格划分方法：此处选择划分网格的算法。
  • 自动划分：平台自动生成四面体网格，只能调节网格密度。
  • 手动划分：可以调节网格的单元最大最小尺寸以及网格密度
• 网格划分精度：控制网格密度的滑块，0代表网格最粗糙，4代表网格最精细。
• 单元最大尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最大长度。
• 单元最小尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最小长度。

3.4 兴趣点

用户可在模型上选择兴趣点，以便在后续的结果展示中以列表形式查看兴趣点的结果。

• 点：通过三个坐标定义一个点。
• 球：通过三个坐标和半径定义一个球。
• 圆柱：可以设置半径、参考点坐标、坐标原点坐标。
• 笛卡尔盒子：可以设置最小值和最大值坐标。

3.5 线性接触

• 绑定接触：两个接触物体间没有相对位移。在此选项卡中用户可设置，容差值：从属面距离主从面最近的距离，该选项会改变接触的区域大小，如果不启用容差则会导致所选从属节点绝对绑定至主面，在选择主接触面时，必须选择体单元类型！！！从接触面选择另一个接触面；
• 旋转对称：用于对360°范围内循环结构进行部分建模，能极大减少计算时间与内存消耗，需要设定对称中心、对称轴以及选择角度，主从面的选择用于定义模型边界。

3.6 单元设置

单元设置：默认情况下，选择自动，用户可手动选择不同选项。当单元设置为手动时，可选择网格划分方式为一阶或者二阶。

3.7 材料

材料选项卡中用户可定义全局的材料性能，包括基础的热力学参数，包含密度、传导特性、导热系数以及定压比热容，单位也可根据需要随时改变。
点击材料的加号按钮，用户可选择内置的不同材料，各项传热学基本属性都已默认填写，同时可根据用户需要赋予所属模型网格。用户也可根据实际情况对参数进行修改。

3.8 边界条件与载荷

边界条件与载荷定义了系统与环境交互的方式，一般的，边界条件与载荷由三部分组成：边界类型、边界分配、边界条件值。 边界类型：点击边界条件与载荷旁的加号按钮可选择不同的边界类型；

• 热通量边界条件：此类条件为第二类边界条件，用户可在该选项卡中设置对应的热通量值以及施加位置，热通量值可通过直接输入、表格输入、函数输入三种方法输入；
• 温度边界条件：此类条件为第一类边界条件，用户可在该选项卡中设置对应的温度值以及施加位置；
• 热对流边界条件：此类条件为第三类边界条件，用户可在该选项卡中设置环境温度、热传导系数值以及对流换热边界；
• 体积热源：用户可在该选项卡中设置生热率以及热源作用的边界；

3.9 求解器

求解器面板包含控制有限元传热学分析求解模型的方程求解器的一些设置，包括算法选择、残差和阈值类型、最大迭代次数、时间积分等方案，以下会对每种设置及其过程机械阐述，这些参数在大多数情况下都足够好，但用户可利用可选项来优化计算过程，提高速度、鲁棒性和精度。

• 求解计算方法包含：MUMPS、LDLT、Multifrontal、PETSC四种方法；
• 奇异性监测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测； MUMPS多用于大规模稀疏矩阵的直接求解，该选项卡有自己的一些特定设置：
• 矩阵类型：
  • 非对称矩阵；
  • 自动检测；
  • 对称不定矩阵；
  • 对称正定矩阵。
• 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定；
• 矩阵过滤阈值：默认选择-1；
• 单精度：可选择开启或关闭；
• 是否进行预处理：用户可选择是否启用矩阵的预分析用以优化计算；
• 矩阵重新编号方法：矩阵优化算法，对仿真计算的内存消耗有巨大影响：
  • AMD:使用近似最小度数方法；
  • SCOTCH:是一个强大的重新编号工具，适用于大多数场景，是MUMPS的标准选项；
  • AMF：使用近似最小填充方法；
  • PORD:是MUMPS中包含的重新编号工具；
  • QAMD:是自动检测准密集矩阵的AMD变体；
  • Automatic: MUMPS自动选择重新编号的方法。
• 内存管理优先级：允许选择RAM与磁盘的使用情况：
  • 自动：允许求解器决定最佳设置；
  • 核内存储：通过将所有对象存储在内存中，优化计算时间；
  • 预估：在求解器日志中提供最佳设置；
  • 核外存储：通过在内存外存储对象来优化内存使用。

LDLT对系数矩阵执行经典的高斯消去过程；
MULTIFRONTAL系数矩阵分解法对矩阵进行LU或Cholesky分解，该方法的矩阵重新编号方法有两种方法：

• MDA:对超过5000或者更大自由度的大模型选择此选项；
• MD：小模型选择此选项。

PETSC使用可移植、可扩展的科学计算工具包中的不同算法和组件：

• 算法：选择求解算法：
• CG:共轭梯度；
• CR:共轭残差；
• GCR:广义共轭残差；
• GMRES:最小广义残差，是鲁棒性和速度之间的最佳折衷。
• 预处理器类型：选择算法以计算和重新调整矩阵用以寻找最优解：
  • MUMPS、LDLT:单精度完全Cholesky分解；
  • 预处理器刷新时间：设定矩阵迭代刷新间隔；
  • 最大迭代次数：求解器允许的最大迭代次数。如果设置为0，则按算法执行值估计；
  • 相对残差收敛阈值：残差值，如果再迭代之后，残差低于该值，算法结束。

非线性方程求解器的目的是用以找到一般非线性方程的解，热非线性方法通过大变形和旋转、材料非线性和非线性接触等条件引入平衡方程，在不知道平衡方程显式解析解的情况下需要进行数值‘搜索 ’过程来逼近。一般有两种方法：牛顿法和牛顿-克里洛夫法。

• 热非线性分辨率类型：在牛顿算法中选择：
  • 牛顿：在每个加载步中，使用经典的完全‘精确’方法解析非线性方程组；
  • 牛顿-克里洛夫：使用‘近似’方法，利用线性方程迭代来节省时间。
• 收敛性标准：选择用于评估牛顿迭代收敛性的残差定义：
  • 相对的：将内外力不平衡归一化为外力大小来计算残差；
  • 绝对的：直接与残差作比较；
  • 自适应：同时使用相对和绝对的标准，在每次牛顿迭代时，默认使用相对标准，若外部载荷消失，则使用‘绝对’标准。
• 绝对精度：残差的阈值，当残差低于该值时，迭代被认为是收敛的；
• 相对精度：相对残差的阈值；
• 最大牛顿迭代：每个加载步允许的迭代次数；
• 依迭代更新：在经过迭代次数后将重新计算雅可比矩阵；
• 选择热线性搜索，可设置残差以及最大迭代次数；

3.10 时间步&资源

非线性热力学计算：

• 结束时间：仿真模拟结束的时间；
• 时间步长：后续积分时间的间隔，用户可为整个仿真时间定义特定的值，也可打开表格窗口，为每个时间间隔指定多个值；
• 结果写入时间步：定义结果输出的数据量：
  • 分隔选取：通过跳过固定数量的时间步来输出时间，由输出频率控制；
  • 初始时间步：输出写入在‘最大时间步长’中定义的时间步长；
  • 自定义：用户可手动输入写入时间步长。
• 用户还可在此处设定计算所需的资源和计算时间：
  • 计算核数：用户可定义仿真计算所需的计算核数；
  • 最大计算时间：定义仿真的最大时间，超过该值就会自动停止计算。

3.11 结果配置

用户可在这个选项卡中，输出响应的结果：

• 物理场：物理场：用户可选择输出热通量、温度；
• 表面物理量计算：用户可选择统计指定面上的热流量分量、平均值和极值；
• 体积物理量计算：用户可选择统计指定体上的热通量分量的平均值和极值；
• 兴趣点结果计算：统计已选择的兴趣点处的物理场所对应的物理量的值。

3.12 仿真结果

用户可在此选项卡提交计算，计算成功后可在此处查看仿真计算之后的结果云图和相关的折线图。

热力学分析

热力学分析模块是热温度场与结构静力的耦合分析，可用于确定由热载荷和力学载荷组合引起的结构响应，目前支持三维实体模型的线性特性热力学耦合分析，并支持展示温度分布、热流量、位移、应力、应变等仿真结果。
通过热力学分析，直观的向用户展示，结构在所施加的载荷和约束作用下的变形状态，热力应变数值，为用户的设计提供可靠的帮助。此外，用户还可根据仿真结果对模型进行任意修改，任意设置仿真案例数量以满足用户的工作学习需求。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启静力学仿真

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择结构仿真-热力学分析，点击开始仿真按钮，开始仿真:

在弹出的创建工程窗口中输入工程名:

输入工程名称后，点击创建，进入热力学仿真界面:

热力学仿真模块树如图所示：

1. 产品手册

热力学分析模块是热温度场与结构静力的耦合分析，可用于确定由热载荷和力学载荷组合引起的结构响应，目前支持三维实体模型的线性特性热力学耦合分析，并支持展示温度分布、热流量、位移、应力、应变等仿真结果。
通过热力学分析，直观的向用户展示，结构在所施加的载荷和约束作用下的变形状态，热力应变数值，为用户的设计提供可靠的帮助。此外，用户还可根据仿真结果对模型进行任意修改，任意设置仿真案例数量以满足用户的工作学习需求。

1.1 全局设置

用户可在热力学选项卡中根据需要设置时变特性、惯性效应和非线性效应。

• 时变特性：瞬态或者稳态；
• 惯性效应：静态或者动态。

1.2 几何导入

用户可以在这里上传几何模型，模型格式建议为iges、step、brep、xao且大小不超过200M。

1.2.1 几何分组

用户可以在几何模型中创建点、线、面、体的分组。

1.3 网格导入

用户可通过点击网格，导入本地网格，格式建议为，med、inp、cdb、cgns且大小不超过200M。用户需预先把所需的载荷组与约束组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义组的点、线、面和体。
同时可以在此选项按照平台内置算法划分网格。

1.4 兴趣点

用户可通过点击兴趣点，创建一个点、球、圆柱或者笛卡尔盒子，根据要求设置坐标以及范围。

1.5 接触设置

在模型建立时没有进行融合操作的结构都需要对其进行接触设置，设置类型分为两大类：线性接触和非线性接触。

1.5.1 线性接触

线性接触指互相接触的两个物体，接触点是连续的，而且接触点组成一条直线，，即零件保持粘结或具有小变形的假设。线性接触又分为绑定、相对滑动、旋转对称。

1.5.2 非线性接触

所有不属于线性接触的接触类型都属于非线性接触，非线性接触分为罚函数法和增广拉格朗日法。

1.6 单元设置

在此选项卡中，可手动或自动选择设置三维完全积分单元或者三维缩减积分单元类型，热学和力学的网格阶数。

1.7 全局模型

在此选项卡中，可设置几何形为和重力加速度相关的系数。

1.8 材料设置

在此选项卡可选择大部分常用材料（如钢、铁、铝、玻璃、橡胶、陶瓷等金属和非金属材料），材料包含各自基础的力学特征，包含本构行为、密度、泊松比、杨氏模量、热膨胀系数、热传导特性以及导热系数等。

1.9 初始条件

可在初始状态下设置模型的温度、位移、速度、加速度、应力。

1.10 边界条件与载荷

用户可在边界条件选项卡中选择约束类型和加载方式以及附加质量； 约束类型包括：弹性支持、位移约束、对称约束、离散点绑定位移等； 加载方式包括：体分布载荷、螺栓预紧力、压强、面力载荷、节点载荷等。

1.11 求解器

用户可在求解器中选择不同的计算方法，选择不同的迭代方法和收敛准则。

1.12 时间步&资源

当用户打开非线性计算可在此选项卡中对时间步进行定义，同时可设置计算的核数以及最大计算时间。

1.13 结果配置

在此选项卡中用户可根据需要选择特定的输出结果，包括位移、应力（主应力、等效应力）、应变（主应变、等效应变），结果以云图方式展示，同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

1.14 仿真计算

在此选项卡可以提交计算，并查阅相关的结果云图以及兴趣点的折线图结果。

2. 工程案例

案例1-冷却塔热固耦合分析

案例2-混凝土拱坝热固耦合分析

案例3-混凝土梁桥热固耦合分析

案例4-三通管道热固耦合分析

案例5-压力容器热固耦合分析

案例6-弯管道热固耦合分析

案例7-发动机活塞热固耦合分析

案例8-管道支撑热固耦合分析

案例9-涡轮机热固耦合分析

案例10-刹车盘热固耦合分析

3.设置项详解

3.1 全局设置

• 时变特性：瞬态和稳态，稳态分析需要定义材料的热传导率，瞬态分析还需要定义质量密度和比热参数。
• 惯性效应：静态和动态；
• 非线性效应，若打开非线性效应则计算时安装非线性进行迭代计算，否则按照线性分析仿真过程。

3.2 几何

用户可从本地上传几何文件，上传后选项卡会展示几何外形，显示顶点数量、边线数量、环线数量和面数量等。

• 几何分组：上传几何文件后，用户需对几何进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。不分组自动画网格功能不能使用！

3.3 网格

用户可从本地上传网格文件，上传后选项卡会展示网格外形，显示单元数量、节点数量、边线数量和面数量等。上传网格文件前，用户需提前对模型进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。
用户也可将上传的几何文件在此处划分网格，生成.med文件。

• 类型：在此处选择用于计算的网格来源
  • 几何生成：将上传的几何文件剖分
  • 上传网格：直接导入外部网格模型
• 几何模型:当类型处选择“几何生成”时，此处默认的是导入几何的文件名。
• 网格划分方法：此处选择划分网格的算法。
  • 自动划分：平台自动生成四面体网格，只能调节网格密度。
  • 手动划分：可以调节网格的单元最大最小尺寸以及网格密度
• 网格划分精度：控制网格密度的滑块，0代表网格最粗糙，4代表网格最精细。
• 单元最大尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最大长度。
• 单元最小尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最小长度。

3.4 兴趣点

用户可在模型上选择兴趣点，以便在后续的结果展示中以列表形式查看兴趣点的结果。

• 点：通过三个坐标定义一个点。
• 球：通过三个坐标和半径定义一个球。
• 圆柱：可以设置半径、参考点坐标、坐标原点坐标。
• 笛卡尔盒子：可以设置最小值和最大值坐标。

3.5 线性接触

• 绑定接触：两个接触物体间没有相对位移。在此选项卡中用户可设置，容差值：从属面距主从面最近的距离，该选项会改变接触的区域大小，如果不启用容差则会导致所选从属节点绝对绑定至主面，在选择主接触面时，必须选择体单元类型！！！从接触面选择另一个接触面；
• 相对滑动：允许两个接触面在接触表面相切的平面上有位移，但不允许沿接触面法线方向有位移，在此选项卡中用户可设置，容差值：从属面距主从面最近的距离，该选项会改变接触的区域大小，如果不启用容差则会导致所选从属节点绝对绑定至主面，在选择主接触面时，必须选择体单元类型！！！从接触面选择另一个接触面；
• 旋转对称：用于对360°范围内循环结构进行部分建模，能极大减少计算时间与内存消耗，需要设定对称中心、对称轴以及选择角度，主从面的选择用于定义模型边界。

3.6 非线性接触

非线性接触能够真实的反应两个部分之间的物理接触状态，与线性接触不同，这些接触不仅表示结构通过节点连接还可计算各结构之间的接触力。
以下的通用参数可用于全局的非线性接触选择算法：
非线性算法可选择：固定点法和牛顿法。

• 固定点法：在牛顿迭代的基础上加入外部循环迭代，解决非线性变形。此算法可用参数：
  • 几何更新：几何模型更新可在自动，手动，无更新之间选择；
  • 最大迭代次数：在几何更新自动模式下表示算法迭代最大次数，如果达到该 值，则会报告计算发散无法收敛；
  • 迭代准则：几何更新自动模式下可用，表示算法的阈值，小于该值则表示计算收敛；
  • 摩擦：允许选择是否在仿真时考虑切向库仑摩擦力，若选择库伦摩擦，则该算法有两个可用选项：牛顿和固定点。
  • 摩擦迭代判据：与上述最大迭代次数相同，用于判断摩擦计算的收敛性
  • 接触算法：包含两种算法固定法和牛顿法，牛顿法的迭代次数包含于全局设定，固定点法则可设定最大迭代次数与次数乘子，次数乘子为把最大迭代次数变为从属面节点数目乘以次数的乘子。
  • 收敛稳定：计算接触和摩擦时会改变矩阵的计算，帮助收敛。
  • 收敛平滑：网格曲面的法线平滑，适用于曲面。
• 牛顿迭代法：几何更新包含于牛顿迭代中，唯一可用的参数为迭代准则，即解收敛时接触面穿透的残余阈值。

点击非线性接触的加号按钮可定义每个接触对，接触对可在罚函数法和增广拉格朗日法之间选择，参数设定如下所示：

• 罚函数系数：确定接触对的刚度接触对常数。
• 接触刚度：接触刚度有四种选择：低、中、高和自定义。接触刚度越大，计算中接触对互穿量越少，然而，对于较大的惩罚系数，会让收敛变得难以收敛，因此，用户需找到现实接触行为和收敛优化之间的平衡。
• 增广拉格朗日接触因子：增广拉格朗日的乘数的值。
• 摩擦系数类型：允许用户设置接触对的计算方法，选择方法与法向力相同，选项有两项：摩擦惩罚因子和拉格朗日摩擦因子：
  • 摩擦惩罚因子：在计算摩擦力结果中的惩罚因子。
  • 拉格朗日摩擦因子：计算摩擦力中的拉格朗日乘子。
• 库伦摩擦系数：切向摩擦力与法向正压力之比。
• 虚拟间隙：允许在接触点之间引入人工分离间隙。若启用，当间隙小于主间隙和从间隙之和时，接触点被视为激活，同时间隙可作为变量值输入。

3.7 单元设置

• 单元设置：默认情况下，选择自动，用户可手动选择不同选项。
• 类型：可选择三维完全积分单元（抛物线插值）或三维缩减积分单元（线性插值）
• 力学分析网格阶数：当单元设置为手动时，需选择力学分析网格的阶数，可选择一阶或者二阶；
• 热力学分析网格阶数：可选择一阶或者二阶；
• 集中质量：质量矩阵有两种形式：耦合质量和集中质量，通常情况下，耦合质量计算精度更高，但选择集中质量可提高计算速度；

3.8 全局模型

全局模型：用户可在此选项卡中选择几何形为并且输入重力加速度，重力加速度输入的形式包括数值，表格或者函数形式，同时可在全局坐标系下定义重力加速度的方向，默认为Z的负方向。

3.9 材料

材料选项卡中用户可定义全局的材料性能，包括材料本构行为（默认线弹性），杨氏模量、泊松比、密度，热膨胀系数、热膨胀参考温度、传导特性以及相对于参数，此外，参数单位也可根据需要随时改变。
点击材料的加号按钮，用户可选择内置的不同材料，各项材料力学基本属性都已默认填写，同时可根据用户需要赋予所属模型网格。

3.10 初始条件

在关闭非线性计算时：此选项只有温度选项。需先设置全局温度，再点击加号对局部位置设置子温度值；
该选项会在打开非线性计算和瞬态时出现，线性计算时隐藏，此选项有两个选项，位移和应力：

• 关闭非线性计算时：此选项只有温度选项。能够赋予全局模型在全局坐标系下的温度分布，点击加号对局部位置设置子温度值；
• 打开非线性计算时：此选项有在设置温度的基础上，外加位移与应力初始条件
• 位移：能够赋予全局模型在全局坐标系下的位移分量，同时点击位移旁的加号，能够对局部网格进行设定初始位移；
• 应力：能够赋予全局模型在全局坐标系下的6个应力分量，点击应力旁的加号，能对局部网格进行设定初始应力。

3.11 边界条件与载荷

边界条件与载荷定义了系统与环境交互的方式，一般的，边界条件与载荷由三部分组成：边界类型、边界分配、边界条件值。
边界类型：点击边界条件与载荷旁的加号按钮可选择不同的边界条件：

• 面载荷分布：用户可在该选项卡中对需要的面单元，设定全局坐标系下的三个载荷分量，载荷可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 固定支撑：用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加6个自由度方向的固定约束。
• 体分布载荷：用户可在该选项卡中选择对应的体单元，施加全局坐标系下的3个方向的载荷分量，载荷可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 螺栓预紧力：用户可在该选项卡中选择对应的两个接触面，分别为主施加位置和从施加位置，然后输入所需的螺栓预紧力，完成螺栓预紧力的设定。
• 弹性支撑：用户可在该选项卡中选择对应的面设定，设定选项由弹簧刚度、刚度定义、刚度值，当刚度定义选择各项同性时，弹簧刚度在全局坐标系下三个方向的值都一致，当刚度定义选择各项异性时，则可对弹簧刚度在全局坐标系下三个方向的值进行自由设定；刚度定义：选择“总体”，定义的刚度值将应用于面的所有节点；选择“分布模型”时，刚度将分布到应用刚度的面区域。
• 位移约束：用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加3个平动自由度的位移，用户可可通过勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的位移条件，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 对称约束：用户可在该选项卡中选择对应的面，该平面作为结构的对称平面。
• 压强：用户可在该选项卡中选择对应的面施加压强，压强方向默认为施加平面的内法线方向，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 面力载荷：你可在该选项卡中选择对应的面施加全局坐标系下三个正交方向的力矢量，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 节点力载荷：用户可在该选项卡中选择对应的节点施加全局坐标系下三个正交方向的力矢量，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 离心力载荷：用户可在该选项卡中施加结构绕固定轴旋转时的力，该载荷施加需要定义三个参数：旋转轴的位置、旋转轴的方向、转速。
  • 旋转轴的位置通过轴上的点定义，需要在全局坐标系下定义一个点
  • 旋转轴方向需要在全局坐标系下定义方向向量
  • 旋转方向使用右手法则，拇指与旋转轴对齐，四指表示旋转方向
  • 转速可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 附加质量：用户可在该选项卡中施加一个有质量的点，该点与选定的施加位置用远程连接，定义附加质量时需要定义质量点的质量、位置（全局坐标系下的坐标）
  • 施加位置选择体、面、线、点
  • 变形行为选项为可形变时，质量点和施加位置之间为柔性连接，变形行为选项为不可形变时，质量点和施加位置之间为刚性连接。
• 离散点绑定位移：用户可在该选项卡中对选定的面或者体施加远程位移边界条件，该边界条件需要4个参数来定义：位移、旋转、外部点、变形行为
  • 位移：在全局坐标系下，用户可根据自己的需求任意规定3个正交方向是否约束，输入值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入
  • 旋转：用户可根据需求在全局坐标系下规定3个正交的旋转方向是否约束，输入值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入
  • 外部点：在全局坐标系下外部点的坐标，变形行为选择和附加质量的变形行为选择一致。
• 离散点绑定力：用户可在该选项卡中选择从远程点向结构的面施加力矢量，该选项需要定义3个参数：绑定力、力矩、外部节点（远程点）
  • 绑定力：用户可输入全局坐标系下的3个正交方向的力分量，输入值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入
  • 力矩：用户可输入全局坐标系下的3个正交方向的力矩分量，输入值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入
  • 外部节点：全局坐标系下远程点的坐标
• 旋转约束：用户可在该选项卡中为网格模型设置旋转自由度的约束，该约束有3个重要元素需要设置：基准点、旋转轴、旋转角度
  • 基准点：全局坐标系下旋转轴初始点的三个正交方向的坐标
  • 旋转轴：输入全局坐标系下三个正交分量合成，适用于右手法则
  • 旋转角度：该数值为所选物体绕旋转轴数学意义上的定义，输入单位可在弧度或者度之间转换。
  • 施加位置：选择体
• 热通量边界条件：此类条件为第二类边界条件，用户可在该选项卡中设置对应的热通量值以及施加位置，热通量值可通过直接输入、表格输入、函数输入三种方法输入；
• 温度边界条件：此类条件为第一类边界条件，用户可在该选项卡中设置对应的温度值以及施加位置；
• 热对流边界条件：此类条件为第三类边界条件，用户可在该选项卡中设置环境温度、热传导系数值以及对流换热边界；
• 体积热源：用户可在该选项卡中设置生热率以及热源作用的边界；

3.12 求解器

线性方法求解器面板包含控制有限元热力学分析求解模型的方程求解器的一些设置，包括算法选择、残差和阈值类型、最大迭代次数、时间积分等方案，以下会对每种设置及其过程机械阐述，这些参数在大多数情况下都足够好，但用户可利用可选项来优化计算过程，提高速度、鲁棒性和精度。

• 求解计算方法包含：MUMPS、LDLT、Multifrontal、PETSC四种方法；
• 奇异性监测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测； MUMPS多用于大规模稀疏矩阵的直接求解，该选项卡有自己的一些特定设置；
• 矩阵类型：
  • 非对称矩阵；
  • 自动检测；
  • 对称不定矩阵；
  • 对称正定矩阵；
• 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定；
• 相对残差收敛阈值：残差值，如果再迭代之后，残差低于该值，算法结束；
• 是否进行预处理：用户可选择是否启用矩阵的预分析用以优化计算；
• 矩阵重新编号方法：矩阵优化算法，对仿真计算的内存消耗有巨大影响：
  • AMD:使用近似最小度数方法；
  • SCOTCH:是一个强大的重新编号工具，适用于大多数场景，是MUMPS的标准选项；
  • AMF：使用近似最小填充方法；
  • PORD:是MUMPS中包含的重新编号工具；
  • QAMD:是自动检测准密集矩阵的AMD变体；
  • Automatic: MUMPS自动选择重新编号的方法。
• 迭代求解后处理：
• 分布式矩阵存储：如果启用，矩阵存储将在不同的进程中拆分，禁用则为每个进程保存一份矩阵副本；
  • 内存管理优先级：允许选择RAM与磁盘的使用情况
  • 自动：允许求解器决定最佳设置；
  • 核内存储：通过将所有对象存储在内存中，优化计算时间；
  • 评估：在求解器日志中提供最佳设置；
  • 核外存储：通过在内存外存储对象来优化内存使用。
• 权重系数：

LDLT对系数矩阵执行经典的高斯消去过程。 MULTIFRONTAL系数矩阵分解法对矩阵进行LU或Cholesky分解，该方法的矩阵重新编号方法有两种方法

• MDA:对超过5000或者更大自由度的大模型选择此选项
• MD：小模型选择此选项 PETSC使用可移植、可扩展的科学计算工具包中的不同算法和组件。
• 算法：选择求解算法：
  • CG:共轭梯度；
  • CR:共轭残差；
  • GCR:广义共轭残差；
  • GMRES:最小广义残差，是鲁棒性和速度之间的最佳折衷。
• 预处理器类型：选择算法以计算和重新调整矩阵用以寻找最优解：
  • MUMPS & LDLT:单精度完全Cholesky分解；
  • 预处理器刷新时间：设定矩阵迭代刷新间隔；
  • 最大迭代次数：求解器允许的最大迭代次数。如果设置为0，则按算法执行值估计；
  • 相对残差收敛阈值：残差值，如果再迭代之后，残差低于该值，算法结束。 非线性方程求解器的目的是用以找到一般非线性方程的解，非线通过大变形和旋转、材料非线性和非线性接触等条件引入平衡方程，在不知道平衡方程显式解析解的情况下需要进行数值‘搜索 ’过程来逼近，一般有两种方法：牛顿法和牛顿-克里洛夫法：
• 非线性分辨率类型：在牛顿算法中选择：
  • 牛顿：在每个加载步中，使用经典的完全‘精确’方法解析非线性方程组；
  • 牛顿-克里洛夫：使用‘近似’方法，利用线性方程迭代来节省时间。
• 收敛性准则：选择用于评估牛顿迭代收敛性的残差定义：
  • 相对的：将内外力不平衡归一化为外力大小来计算残差；
  • 绝对的：直接与残差作比较；
  • 自适应：同时使用相对和绝对的标准，在每次牛顿迭代时，默认使用相对标准，若外部载荷消失，则使用‘绝对’标准。
• 绝对精度：残差的阈值，当残差低于该值时，迭代被认为时收敛的；
• 相对精度：相对残差的阈值；
• 预测矩阵：选择每个加载步中第一次迭代时使用的刚度矩阵：
  • 切线矩阵：在计算矩阵时考虑系统中的非线性；
  • 弹性矩阵：在计算矩阵时只考虑系统的弹性模量。
• 雅可比矩阵：和以上描述类似；
• 最大牛顿迭代：每个加载步允许的迭代次数；
• 依迭代更新：在经过迭代次数后将重新计算雅可比矩阵；
• 依增进更新：在经过加载步后将重新计算雅可比矩阵；
• 改变雅可比矩阵：开启时，如果在加载过程中时间步长低于给定阈值，则选择将雅可比矩阵从切线改为弹性矩阵。需设置阈值时间增量、每N次迭代更新一次弹性矩阵以及最大弹性牛顿迭代；
• 牛顿方法收敛协助：用于帮助牛顿法的收敛，特别时在不使用雅可比正切矩阵时。需选择方法为切割或者混合，设置残差以及最大迭代；
• 热非线性方法也可选择牛顿或牛顿——克里洛夫方法；
• 收敛性标准与上述描述相同；
• 牛顿方法收敛协助：用于帮助牛顿法的收敛，特别时在不使用雅可比正切矩阵时；
• 雅可比矩阵默认为Tangent。

3.13 时间步&资源

线性热力学计算

• 时间步划分策略：在求解单个时间步长或时间步长列表之间进行选择，默认多部分析，即：允许计算时按照时间变量的负载情况进行计算。用户可设置阶数事件以及时间不长。例如：结束时间默认为1，时间步长默认为0.1，则一共计算10个案例。
• 结果写入时间步：定义结果输出的数据量：
  • 分隔选取：通过跳过固定数量的时间步来输出时间，由输出频率控制；
  • 初始时间步：输出写入在‘最大时间步长’中定义的时间步长；
  • 自定义：用户可手动输入写入时间步长。 非线性热力学计算：非线性热力学计算中，允许一个或者多个特性随时间变化，例如材料特性（塑性或超弹性）、非线性载荷（非线性接触）等，因此需要控制时间积分，为此，存在两种策略：自动或手动调节时间步长定义。
• 手动调节：用户可在此选项中根据自己的需要定义时间步长，但若时间步长相对于计算结果的变化太大，则会导致收敛问题，该选项中有以下参数可调：
  • 结束时间：仿真模拟结束的时间；
  • 时间步长：为后续积分时间间的间隔，用户可为整个仿真时间定义特定的值，也可打开表格窗口，为每个时间间隔指定多个值。
• 自动调节：用户可使用自适应的时间步长方案选择此选项，该选项会在每次计算发生错误时将当前时间步长细分为更小的时间步长，通过使用较小的时间步长来客服大多数收敛问题。
  • 结束时间：仿真模拟结束的时间；
  • 最大时间步长：在执行步长切割之前定义仿真的初始时间步长定义，这里的使用方法与线性分析的时间步长设置一致，用户可参阅上面的相关设定；
  • 最小时间步长：任何细分时间步长的最小时间步长间隔；
  • 最大残差：在出现发散误差之前，牛顿迭代的最大允许残差；
  • 时间步切割策略：选择触发时间步细分的情况：
    • 计算出错：发散或者矩阵奇异；
    • 发生接触：接触从打开变为关闭；
    • 物理场变化：给不同的物理场更改特定的阈值；
    • 非单调残差变化：在最近的三次迭代中，残差没有减少，这允许通过尽早减少牛顿迭代来节省计算时间。
• 时间步切割计算：选择计算较小时间步长的方法：
  • 手动计算：可用于计算出错、发生接触、非单调残差变化的选项，根据固定细分选项的给定参数，将当前时间步长细分为相等间隔的步长，此外在给定的情况下，通过固定扩增选项中的参数，将时间步长加大来节省计算时间。
    • 牛顿迭代次数附加百分比：若残差单调减少，且预计在给定的附加次数内达到阈值，则允许求解器在当前时间保持迭代，允许的额外迭代次数为求解器选项中指定的最大牛顿迭代次数的百分比；
    • 固定细分：
      • 切分段数：当前时间步长的等分份数；
      • 最大切分次数：执行细分的最大次数。
    • 固定扩增：
      • 牛顿迭代阈值：触发固定扩增的标准，若上个时间步，在低于该参数的牛顿迭代次数中实现收敛，则时间步长将增加；
      • 时间步增长比例：时间步长增加的百分比。
• 根据迭代次数：用于错误、非单调残差变化。求解器根据最新的一个时间步长残差变化，估计在收敛之前达到牛顿迭代目标值所需的时间步长。
  • 此外，用户还可定义结果输出的数据量，由结果写入时间步定义：
    • 分隔选取：通过跳过固定数量的时间步来输出时间，由输出频率控制；
    • 所有计算时间步：写入所有计算时间步长，包括细分的时间步长；
    • 初始时间步长：输出写入在‘最大时间步长’中定义的时间步长；
    • 自定义：用户可手动输入输出的时间步长。
• 用户还可在此处设定计算所需的资源和计算时间：
  • 计算核数：用户可定义仿真计算所需的计算核数；
  • 最大计算时间：定义仿真的最大时间，超过该值就会自动停止计算。

3.14 结果配置

用户可在这个选项卡中，输出响应的结果：

• 物理场：用户可选择输出位移、应变、主应力、热通量、温度、力矩等模型的基本加载响应；
• 表面物理量计算：用户可选择统计指定面上的热流量分量、平均值和极值；
• 体积物理量计算：用户可选择统计指定体上的热通量分量的平均值和极值；
• 兴趣点结果计算：统计已选择的兴趣点处的物理场所对应的物理量的值。

3.15 仿真结果

用户可在此选项卡提交计算，计算成功后可以查阅相关的结果云图和兴趣点折线图。

模态分析

模态分析是工程领域中的一种分析方法，用于研究结构或系统的振动行为。它的主要目的是确定结构的自然振动频率、振动模态和振动幅度。模态分析仿真类型允许计算结构在没有外部负载激励的情况下的自然振动频率和相应的振动模态形状。所得到的频率和变形模式取决于结构的几何形状和材料分布，无论是否存在位移约束。从频率分析结果可以评估结构的总刚度以及局部区域的刚度。

模态分析在工程领域广泛用于评估建筑结构、机械系统、飞行器、汽车和其他各种工程系统的振动性能。它对于了解结构的振动特性、设计防止共振和疲劳问题以及优化结构的振动抑制方案非常重要。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启模态仿真

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择结构仿真-模态分析，点击开始仿真按钮，开始仿真:

在弹出的创建工程窗口中输入工程名:

输入工程名称后，点击创建，进入模态仿真界面:

模态仿真模块树如图所示：

1. 产品手册

1.1 几何导入

用户可以在这里上传几何模型，模型格式建议为iges、step、brep、xao且大小不超过200M。

1.1.1 几何分组

用户可以在几何模型中创建点、线、面、体的分组。

1.2 网格导入

用户可通过点击网格，导入本地网格，格式建议为，med、inp、cdb、cgns且大小不超过200M。用户需预先把所需的载荷组与约束组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义组的点、线、面和体。
同时可以在此选项按照平台内置算法划分网格。

1.3 线性接触

在模型建立时没有进行融合操作的结构都需要对其进行接触设置。线性接触指两个物体表面之间没有相对滑移，并且满足胡克定律，即力与位移成正比。
在此选项卡中，用户可选择绑定、相对滑动两种连接方法，并自定义接触位置和位置容差。

1.4 单元设置

在此选项卡中，可手动或自动选择设置三维完全积分单元或者三维缩减积分单元类型，以及网格阶数为一阶或者二阶。

1.5 材料设置

在此选项卡可选择大部分常用材料（如钢、铁、铝、玻璃、橡胶、陶瓷等金属和非金属材料），材料包含各自基础的力学特征，包含本构行为、密度、泊松比、杨氏模量等。

1.6 边界条件与载荷

用户可在边界条件与载荷选项卡中选择约束类型（固定支撑、弹性支撑、位移约束、对称约束）和载荷类型（离心力荷载、附加质量、离散点绑定位移）。

1.7 求解器

用户可在求解器中选择不同的计算方法，选择不同的迭代方法和收敛准则。

1.8 时间步&资源

此选项卡可设置计算的核数以及最大计算时间，以及控制计算的模态数量。

1.9 结果配置

在结果配置中只有一个物理量位移。

1.10 仿真计算

在此处可以提交计算，查阅计算结果云图。

2. 教程案例

案例1-音叉模态分析

案例2-桁架桥模态分析

案例3-压力容器模态分析

案例4-支撑模态分析

案例5-斜齿轮模态分析

案例6-冷却塔模态分析

案例7-内燃机外壳模态分析

案例8-轴承转子模态分析

案例9-轮辋模态分析

案例10-飞机模态分析

3. 设置项详解

3.1 几何

用户可从本地上传几何文件，上传后选项卡会展示几何外形，显示顶点数量、边线数量、环线数量和面数量等。

• 几何分组：上传几何文件后，用户需对几何进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。不分组自动画网格功能不能使用！

3.2 网格

用户可从本地上传网格文件，上传后选项卡会展示网格外形，显示单元数量、节点数量、边线数量和面数量等。上传网格文件前，用户需提前对模型进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。
用户也可将上传的几何文件在此处划分网格，生成.med文件。

• 类型：在此处选择用于计算的网格来源
  • 几何生成：将上传的几何文件剖分
  • 上传网格：直接导入外部网格模型
• 几何模型:当类型处选择“几何生成”时，此处默认的是导入几何的文件名。
• 网格划分方法：此处选择划分网格的算法。
  • 自动划分：平台自动生成四面体网格，只能调节网格密度。
  • 手动划分：可以调节网格的单元最大最小尺寸以及网格密度
• 网格划分精度：控制网格密度的滑块，0代表网格最粗糙，4代表网格最精细。
• 单元最大尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最大长度。
• 单元最小尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最小长度。

3.3 线性接触

• 连接方法
  • 绑定：通过约束条件将两个物体或结构件紧密连接在一起，使其在仿真分析过程中保持稳定的相对位置和运动关系。
  • 相对滑动：许两个接触面在接触表面相切的平面上有位移，但不允许沿接触面法线方向有位移。
• 位置容差：从属面距主从面最近的距离，该选项会改变接触的区域大小。
  • 启用
  • 不启用
• 容差：启用位置容差后可在此处设置容差数值，用户自定义的浮点数。
• 主接触面位置：在选择主接触面时，必须选择体单元类型！！！
• 从接触面位置：从接触面选择另一个接触面。

3.4 单元设置

当单元设置为“自动”时，默认选择二阶、三维完全积分单元；当设置为“手动”时，用户可选择三维完全积分单元或三维缩减积分单元;当单元设置为“手动”时，用户可选择一阶或者二阶网格；

• 单元设置：
  • 自动
  • 手动
• 单元类型
  • 三维完全积分单元
  • 三维缩减积分单元
• 网格阶数
  • 一阶
  • 二阶

3.5 材料

材料选项卡中用户可定义全局的材料性能，包括材料本构行为（默认线弹性），杨氏模量、泊松比、密度，单位也可根据需要随时改变。
点击材料的加号按钮，用户可选择内置的不同材料，各项材料力学基本属性都已默认填写，同时可根据用户需要赋予所属模型网格。

3.6 边界条件与载荷

边界条件与载荷定义了系统与环境交互的方式，点击边界条件与载荷旁的加号按钮可选择不同的边界条件；

• 固定支撑
  用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加6个自由度方向的固定约束。
• 弹性支撑
  • 边界类型：弹性支撑
  • 弹簧刚度
    • 各向同性：各个方向的刚度一致，一个变量即可表示弹簧刚度。
    • 各向异性：三个方向的刚度不一定一致，需要3个变量表示弹簧的刚度。
  • 刚度定义
    • 整体模型：定义的刚度值将应用于面的所有节点；
    • 分布模型：刚度将分布到应用刚度的面区域；
  • K
    • x：用户自定义数值，表示X方向的刚度大小。
    • y：用户自定义数值，表示Y方向的刚度大小。
    • z：用户自定义数值，表示Z方向的刚度大小。
  • 施加位置：选取边界所作用的位置。
• 位移约束
  用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加3个平动自由度的位移，用户可可通过勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的位移条件，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。
• 对称约束
  用户可在该选项卡中选择对应的面，该平面作为结构的对称平面。
• 离心力载荷
  用户可在该选项卡中施加结构绕固定轴旋转时的力，该载荷施加需要定义三个参数：旋转轴的位置、旋转轴的方向、转速;
  • 边界类型：离心力载荷
  • 轴上的点：旋转轴的位置通过“轴上的点”定义，需要在全局坐标系下定义1个点。
  • 旋转轴：旋转轴的方向需要在全局坐标系下定义方向向量;
  • 转速 转速可通过直接输入值、表格输入两种方式输入;
  • 施加位置：选取载荷所作用的位置
• 附加质量
  用户可在该选项卡中施加1个有质量的点，该点与选定的施加位置用远程连接，定义附加质量时需要定义质量点的质量、位置（全局坐标系下的坐标）;
  • 边界类型：附加质量
  • 质量：由用户自定义数值表示质量的大小。
  • 外部节点：定义质量点的坐标。
  • 形变行为
    • 可形变：质量点和施加位置之间为柔性连接；
    • 不可形变：质量点和施加位置之间为刚性连接;
  • 施加位置：荷载所作用的位置，可以选择体、面、线、点;
• 离散点绑定位移
  用户可在该选项卡中选择需要的面或体，施加远程位移边界条件，该边界条件需要定义四个参数：位移、旋转、外部节点、形变行为;
  • 边界类型：离散点绑定位移
  • 位移：可勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的位移约束，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入;
  • 外部节点：输入在全局坐标系下外部节点的坐标;
  • 旋转：可勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的旋转约束，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入;
  • 形变行为
    • 可形变：外部节点和施加位置之间为柔性连接；
    • 不可形变：外部节点和施加位置之间为刚性连接。
  • 施加位置：荷载所作用的位置。

3.7 求解器

求解器面板包含控制有限元模态分析求解的一些设置，这些参数在大多数情况下都足够好，但用户可利用可选项来优化计算过程，提高速度、鲁棒性和精度。求解计算方法包含：MUMPS,LDLT,Multifrontal三种方法

• MUMPS
  • 奇异性监测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
  • 矩阵类型
    • 自动检测
    • 非对称矩阵
    • 对称不定矩阵
  • 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定
  • 是否进行预处理：用户可选择是否启用矩阵的预分析用以优化计算
  • 矩阵重新编号方法：矩阵优化算法，对仿真计算的内存消耗有巨大影响：
    • AMD:使用近似最小度数方法
    • SCOTCH:是一个强大的重新编号工具，适用于大多数场景，是MUMPS的标准选项
    • AMF：使用近似最小填充方法
    • PORD:是MUMPS中包含的重新编号工具
    • QAMD:是自动检测准密集矩阵的AMD变体。
    • Automatic: MUMPS自动选择重新编号的方法
  • 内存管理优先级：允许选择RAM与磁盘的使用情况
    • 自动：允许求解器决定最佳设置
    • 核内存储：通过将所有对象存储在内存中，优化计算时间。
    • 评估：在求解器日志中提供最佳设置
    • 核外存储：通过在内存外存储对象来优化内存使用
  • 特征值求解方法
    • IRAM-Sorensen：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数
      • 精度：定义Sorensen算法迭代停止的判断条件。推荐使用默认值。
      • 最大迭代次数：设置求解过程的迭代次数上限。推荐使用默认值。
    • Lanczos：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。通过构建Krylov子空间来近似求解，降低了计算复杂度。特别适用于边界特征值的求解。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
      • 正交精度：正交精度越高，基向量的正交性就越好，这有助于算法的稳定性和准确性。但是，过高的正交精度可能会增加计算成本和复杂度。
      • 最大正交迭代次数：限制了Lanczos算法在每次迭代中用于保持基向量正交性的最大迭代次数。当达到这个限制时，算法可能会停止进一步的正交化过程，即使正交精度尚未达到预定的标准。这个参数的选择需要在算法的稳定性和效率之间做出权衡。
      • 兰索斯精度：兰索斯精度是指Lanczos算法在逼近大型矩阵的特征值和特征向量时，所达到的精度水平。这个精度水平直接影响到算法的准确性，以及最终计算出的特征值和特征向量的可靠性。提高兰索斯精度可能会增加计算成本，但也会提高解的准确性。
      • 最大QR迭代次数：通常用于保持基向量的正交性。这个参数的选择需要考虑到算法的效率和稳定性。如果QR迭代次数过少，可能会导致基向量的正交性丧失；如果过多，则可能会增加计算成本。
      • 刚体模态检测：通过刚体模态检测，算法可以确保计算结果的准确性和可靠性，特别是在处理大型和复杂的系统时。
        • yes：检测
        • no ：不检测
    • Bathe-Wilson：适用于处理复杂结构或系统的动力学问题，可能提供稳定的数值解。
      • 巴特精度：在迭代过程中，算法会检查解的变化是否小于这个设定的精度值。如果是，则认为解已经收敛，迭代可以停止。
      • 最大巴特迭代次数：定义了Bathe算法允许的最大迭代次数。即使没有达到设定的精度，如果迭代次数超过了这个值，算法也会停止，并可能报告一个未收敛的警告或错误。
      • 雅可比精度：用于确定何时需要更新雅可比矩阵。
      • 最大雅可比迭代次数：限制了内部迭代过程的最大次数，以防止它们在无法收敛的情况下无限期地运行。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
    • QZ：适用于求解广义特征值问题；具有良好的数值稳定性和准确性；广泛应用于多个领域。
      • 类型：分别代表QZ算法的三种计算方法。
        • Simple
        • Equi
        • QR
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
  • 最大迭代次数：算法在达到最大迭代次数之前未能收敛到足够的精度，它可能会停止并返回一个警告或错误信息。
  • 归一化阈值：用于确定何时特征向量被视为已足够接近单位长度，从而可以被认为是归一化的。
  • 核检阈值：用于检查算法稳定性和收敛性的阈值。
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
• LDLT
  LDLT对系数矩阵执行经典的高斯消去过程
  • 奇异性检测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
  • 特征值求解方法
    • IRAM-Sorensen：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数
      • 精度：定义Sorensen算法迭代停止的判断条件。推荐使用默认值。
      • 最大迭代次数：设置求解过程的迭代次数上限。推荐使用默认值。
    • Lanczos：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。通过构建Krylov子空间来近似求解，降低了计算复杂度。特别适用于边界特征值的求解。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
      • 正交精度：正交精度越高，基向量的正交性就越好，这有助于算法的稳定性和准确性。但是，过高的正交精度可能会增加计算成本和复杂度。
      • 最大正交迭代次数：限制了Lanczos算法在每次迭代中用于保持基向量正交性的最大迭代次数。当达到这个限制时，算法可能会停止进一步的正交化过程，即使正交精度尚未达到预定的标准。这个参数的选择需要在算法的稳定性和效率之间做出权衡。
      • 兰索斯精度：兰索斯精度是指Lanczos算法在逼近大型矩阵的特征值和特征向量时，所达到的精度水平。这个精度水平直接影响到算法的准确性，以及最终计算出的特征值和特征向量的可靠性。提高兰索斯精度可能会增加计算成本，但也会提高解的准确性。
      • 最大QR迭代次数：通常用于保持基向量的正交性。这个参数的选择需要考虑到算法的效率和稳定性。如果QR迭代次数过少，可能会导致基向量的正交性丧失；如果过多，则可能会增加计算成本。
      • 刚体模态检测：通过刚体模态检测，算法可以确保计算结果的准确性和可靠性，特别是在处理大型和复杂的系统时。
        • yes：检测
        • no ：不检测
    • Bathe-Wilson：适用于处理复杂结构或系统的动力学问题，可能提供稳定的数值解。
      • 巴特精度：在迭代过程中，算法会检查解的变化是否小于这个设定的精度值。如果是，则认为解已经收敛，迭代可以停止。
      • 最大巴特迭代次数：定义了Bathe算法允许的最大迭代次数。即使没有达到设定的精度，如果迭代次数超过了这个值，算法也会停止，并可能报告一个未收敛的警告或错误。
      • 雅可比精度：用于确定何时需要更新雅可比矩阵。
      • 最大雅可比迭代次数：限制了内部迭代过程的最大次数，以防止它们在无法收敛的情况下无限期地运行。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
    • QZ：适用于求解广义特征值问题；具有良好的数值稳定性和准确性；广泛应用于多个领域。
      • 类型：分别代表QZ算法的三种计算方法。
        • Simple
        • Equi
        • QR
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
  • 最大迭代次数：算法在达到最大迭代次数之前未能收敛到足够的精度，它可能会停止并返回一个警告或错误信息。
  • 归一化阈值：用于确定何时特征向量被视为已足够接近单位长度，从而可以被认为是归一化的。
  • 核检阈值：用于检查算法稳定性和收敛性的阈值。
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
• MULTIFRONTAL
  系数矩阵分解法对矩阵进行LU或Cholesky分解。
  • 奇异性检测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
  • 矩阵重新编号方法
    • MDA:对超过5000或者更大自由度的大模型选择此选项
    • MD：小模型选择此选项
  • 特征值求解方法
    • IRAM-Sorensen：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数
      • 精度：定义Sorensen算法迭代停止的判断条件。推荐使用默认值。
      • 最大迭代次数：设置求解过程的迭代次数上限。推荐使用默认值。
    • Lanczos：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。通过构建Krylov子空间来近似求解，降低了计算复杂度。特别适用于边界特征值的求解。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
      • 正交精度：正交精度越高，基向量的正交性就越好，这有助于算法的稳定性和准确性。但是，过高的正交精度可能会增加计算成本和复杂度。
      • 最大正交迭代次数：限制了Lanczos算法在每次迭代中用于保持基向量正交性的最大迭代次数。当达到这个限制时，算法可能会停止进一步的正交化过程，即使正交精度尚未达到预定的标准。这个参数的选择需要在算法的稳定性和效率之间做出权衡。
      • 兰索斯精度：兰索斯精度是指Lanczos算法在逼近大型矩阵的特征值和特征向量时，所达到的精度水平。这个精度水平直接影响到算法的准确性，以及最终计算出的特征值和特征向量的可靠性。提高兰索斯精度可能会增加计算成本，但也会提高解的准确性。
      • 最大QR迭代次数：通常用于保持基向量的正交性。这个参数的选择需要考虑到算法的效率和稳定性。如果QR迭代次数过少，可能会导致基向量的正交性丧失；如果过多，则可能会增加计算成本。
      • 刚体模态检测：通过刚体模态检测，算法可以确保计算结果的准确性和可靠性，特别是在处理大型和复杂的系统时。
        • yes：检测
        • no ：不检测
    • Bathe-Wilson：适用于处理复杂结构或系统的动力学问题，可能提供稳定的数值解。
      • 巴特精度：在迭代过程中，算法会检查解的变化是否小于这个设定的精度值。如果是，则认为解已经收敛，迭代可以停止。
      • 最大巴特迭代次数：定义了Bathe算法允许的最大迭代次数。即使没有达到设定的精度，如果迭代次数超过了这个值，算法也会停止，并可能报告一个未收敛的警告或错误。
      • 雅可比精度：用于确定何时需要更新雅可比矩阵。
      • 最大雅可比迭代次数：限制了内部迭代过程的最大次数，以防止它们在无法收敛的情况下无限期地运行。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
    • QZ：适用于求解广义特征值问题；具有良好的数值稳定性和准确性；广泛应用于多个领域。
      • 类型：分别代表QZ算法的三种计算方法。
        • Simple
        • Equi
        • QR
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
  • 最大迭代次数：算法在达到最大迭代次数之前未能收敛到足够的精度，它可能会停止并返回一个警告或错误信息。
  • 归一化阈值：用于确定何时特征向量被视为已足够接近单位长度，从而可以被认为是归一化的。
  • 核检阈值：用于检查算法稳定性和收敛性的阈值。
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。

3.8 时间步&资源

用户可以在此处设定计算所需的资源和计算时间

• 计算核数：用户可定义仿真计算所需的计算核数
• 最大计算时间：定义仿真的最大时间，超过该值就会自动停止计算
• 特征频率范围
  • 截止频率：用户可以选择此项来限制模态从一阶开始。
  • 中心频率：用户可以选择此项来限制模态从中心频率开始。
• 模态阶数：选取的模态数量，由用户自定义一个整数
• 中心频率：定义中心频率的数值，由用户自定义一个浮点数。

3.9 结果配置

用户可在这个选项卡中，输出响应的结果

• 物理场：用户可以输出位移响应

3.10 仿真计算

用户可在此选项卡中提交计算，计算成功后查看仿真计算之后的云图。

谐响应分析

谐响应分析是工程领域中用于研究结构或系统在周期性激励下的动态响应的一种分析方法。在进行谐响应分析时，首先需要确定系统的固有频率和阻尼比等参数，然后将这些参数代入系统的动力方程中，通过计算得到结构在周期性。
常见的周期性激励包括周期性力、振动台的振动等。谐响应分析可以帮助工程师理解结构在周期性激励下的振动情况，例如桥梁在车辆通过时的振动、建筑物在风荷载作用下的振动等。通过谐响应分析，工程师可以评估结构的稳定性和安全性，并且指导结构的设计和改进。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启谐响应仿真

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择结构仿真-谐响应分析，点击开始仿真按钮，开始仿真:

在弹出的创建工程窗口中输入工程名:

输入工程名称后，点击创建，进入谐响应仿真界面:

谐响应仿真模块树如图所示：

1. 产品手册

1.1 几何导入

用户可以在这里上传几何模型，模型格式建议为iges、step、brep、xao且大小不超过200M。

1.1.1 几何分组

用户可以在几何模型中创建点、线、面、体的分组。

1.2 网格导入

用户可通过点击网格，导入本地网格，格式建议为，med、inp、cdb、cgns且大小不超过200M。用户需预先把所需的载荷组与约束组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义组的点、线、面和体。
同时可以在此选项按照平台内置算法划分网格。

1.3 兴趣点设置

在此选项卡中，用户可定义兴趣点，以便在后续的结果展示中可直接查看兴趣点的计算结果。

1.4 线性接触

在模型建立时没有进行融合操作的结构都需要对其进行接触设置。线性接触指两个物体表面之间没有相对滑移，并且满足胡克定律，即力与位移成正比。
在此选项卡中，用户可选择绑定、相对滑动两种连接方法，并自定义接触位置和位置容差。

1.5 单元设置

在此选项卡中，可手动或自动选择设置三维完全积分单元或者三维缩减积分单元类型，以及网格阶数为一阶或者二阶。

1.6 材料设置

在此选项卡中，用户可选择大部分常用材料（如钢、铁、铝、玻璃、橡胶、陶瓷等金属和非金属材料），材料包含基础的力学特征，如本构行为、密度、泊松比、杨氏模量等。

1.7 边界条件

在此选项卡中，用户可选择边界条件、加载方式和施加位置；
边界条件包括：固定支撑、弹性支撑、位移约束、对称约束、附加质量；
加载方式包括：面分布载荷、体分布载荷、压强、面力载荷、离心力载荷、离散点绑定位移、离散点绑定力、基础激励。

1.8 求解器

在此选项卡中，用户可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。用户可在求解器中选择不同的计算方法，选择不同的迭代方法和收敛准则。

1.9 时间步&资源

用户可设置计算的核数以及最大计算时间。

1.10 结果配置

1.10.1 物理场

在此选项卡中，用户可根据需要选择特定的输出结果，包括位移、应力（柯西应力、冯米塞斯应力）、应变、力（节点力、节点反力）、速度、加速度，结果以云图方式展示。

1.10.2 兴趣点

在此选项中用户可以激活前面设置的兴趣点，并选择该点所对应的物理量。

1.11 仿真计算

当前面的所有设置均已完善后可在此处提交计算。

2. 教程案例

案例1-冷却塔谐响应分析

案例2-桁架桥谐响应分析

案例3-飞机谐响应分析

案例4-音叉谐响应分析

案例5-轮辋谐响应分析

案例6-高层建筑谐响应分析

案例7-飞行器谐响应分析

案例8-埃菲尔铁塔谐响应分析

案例9-斜齿轮谐响应分析

案例10-电路板谐响应分析

3. 设置项详解

3.1 几何

用户可从本地上传几何文件，上传后选项卡会展示几何外形，显示顶点数量、边线数量、环线数量和面数量等。

• 几何分组：上传几何文件后，用户需对几何进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。不分组自动画网格功能不能使用！

3.2 网格

用户可从本地上传网格文件，上传后选项卡会展示网格外形，显示单元数量、节点数量、边线数量和面数量等。上传网格文件前，用户需提前对模型进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。
用户也可将上传的几何文件在此处划分网格，生成.med文件。

• 类型：在此处选择用于计算的网格来源
  • 几何生成：将上传的几何文件剖分
  • 上传网格：直接导入外部网格模型
• 几何模型:当类型处选择“几何生成”时，此处默认的是导入几何的文件名。
• 网格划分方法：此处选择划分网格的算法。
  • 自动划分：平台自动生成四面体网格，只能调节网格密度。
  • 手动划分：可以调节网格的单元最大最小尺寸以及网格密度
• 网格划分精度：控制网格密度的滑块，0代表网格最粗糙，4代表网格最精细。
• 单元最大尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最大长度。
• 单元最小尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最小长度。

3.3 兴趣点

用户可在模型上选择兴趣点，以便在后续的结果展示中以列表形式查看兴趣点的结果。

• 点：通过三个坐标定义一个点。
• 球：通过三个坐标和半径定义一个球。
• 圆柱：可以设置半径、参考点坐标、坐标原点坐标。
• 笛卡尔盒子：可以设置最小值和最大值坐标。

3.4 线性接触

• 连接方法
  • 绑定：通过约束条件将两个物体或结构件紧密连接在一起，使其在仿真分析过程中保持稳定的相对位置和运动关系。
  • 相对滑动：许两个接触面在接触表面相切的平面上有位移，但不允许沿接触面法线方向有位移。
• 位置容差：从属面距主从面最近的距离，该选项会改变接触的区域大小。
  • 启用
  • 不启用
• 容差：启用位置容差后可在此处设置容差数值，用户自定义的浮点数。
• 主接触面位置：在选择主接触面时，必须选择体单元类型！！！
• 从接触面位置：从接触面选择另一个接触面。

3.5 单元设置

当单元设置为“自动”时，默认选择二阶、三维完全积分单元；当设置为“手动”时，用户可选择三维完全积分单元或三维缩减积分单元;当单元设置为“手动”时，用户可选择一阶或者二阶网格；

• 单元设置：
  • 自动
  • 手动
• 单元类型
  • 三维完全积分单元
  • 三维缩减积分单元
• 网格阶数
  • 一阶
  • 二阶

3.6 材料

材料选项卡中用户可定义全局的材料性能，包括材料本构行为（默认线弹性），杨氏模量、泊松比、密度，单位也可根据需要随时改变。
点击材料的加号按钮，用户可选择内置的不同材料，各项材料力学基本属性都已默认填写，同时可根据用户需要赋予所属模型网格。

3.7 边界条件

边界条件定义了结构的支撑情况和结构与外部环境的相互作用，点击边界条件与载荷旁的加号按钮可选择不同的边界类型：

• 面分布载荷

  • 边界类型：面分布载荷
  • 面分布载荷：用户可在此处自定义三个方向的分量值，数值可通过直接输入值、表格输入、公式输入三种方式输入；
  • 放缩系数：将载荷大小进行放缩。
  • 相位角：用户自定义浮点数。
  • 施加位置：选取载荷所作用的位置。

• 固定支撑
  用户可在该选项卡中选择需要的体、面、线、点，施加6个自由度方向的固定约束；

• 体分布载荷

  • 边界类型：体分布载荷
  • 体分布载荷：用户可在此处自定义三个方向的分量值，数值可通过直接输入值、表格输入、公式输入三种方式输入；
  • 放缩系数：将载荷大小进行放缩。
  • 相位角：用户自定义浮点数。
  • 施加位置：选取载荷所作用的位置。

• 弹性支撑

  • 边界类型：弹性支撑
  • 弹簧刚度
    • 各向同性：各个方向的刚度一致，一个变量即可表示弹簧刚度。
    • 各向异性：三个方向的刚度不一定一致，需要3个变量表示弹簧的刚度。
  • 刚度定义
    • 整体模型：定义的刚度值将应用于面的所有节点；
    • 分布模型：刚度将分布到应用刚度的面区域；
  • K
    • x：用户自定义数值，表示X方向的刚度大小。
    • y：用户自定义数值，表示Y方向的刚度大小。
    • z：用户自定义数值，表示Z方向的刚度大小。
  • 施加位置：选取边界所作用的位置。

• 位移约束
  用户可在该选项卡中选择需要的体、面、线、点，施加3个平动自由度的位移，可通过勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的位移条件，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入；

• 对称约束
  用户可在该选项卡中选择需要的面，该平面作为结构的对称平面；

• 压强

  • 边界类型：压强
  • 压强：用户可在该选项卡中选择需要的面单元施加压强，压强方向默认为施加平面的内法线方向，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入;
  • 相位角：有用户自定义一个浮点数。
  • 施加位置：荷载所作用的位置。

• 面力载荷

  • 边界类型：面力荷载
  • 面力荷载：用户可在此处自定义三个方向的分量值，数值可通过直接输入值、表格输入、公式输入三种方式输入；
  • 放缩系数：将载荷大小进行放缩。
  • 相位角：用户自定义浮点数。
  • 施加位置：选取载荷所作用的位置。

• 离心力载荷
  用户可在该选项卡中施加结构绕固定轴旋转时的力，该载荷施加需要定义三个参数：旋转轴的位置、旋转轴的方向、转速;

  • 边界类型：离心力载荷
  • 轴上的点：旋转轴的位置通过“轴上的点”定义，需要在全局坐标系下定义1个点。
  • 旋转轴：旋转轴的方向需要在全局坐标系下定义方向向量;
  • 转速 转速可通过直接输入值、表格输入两种方式输入;
  • 施加位置：选取载荷所作用的位置

• 附加质量
  用户可在该选项卡中施加1个有质量的点，该点与选定的施加位置用远程连接，定义附加质量时需要定义质量点的质量、位置（全局坐标系下的坐标）;

  • 边界类型：附加质量
  • 质量：由用户自定义数值表示质量的大小。
  • 质量惯性矩：定义质量点的惯性矩性质。
  • 外部节点：定义质量点的坐标。
  • 形变行为
    • 可形变：质量点和施加位置之间为柔性连接；
    • 不可形变：质量点和施加位置之间为刚性连接;
  • 施加位置：荷载所作用的位置，可以选择体、面、线、点;

• 离散点绑定位移
  用户可在该选项卡中选择需要的面或体，施加远程位移边界条件，该边界条件需要定义四个参数：位移、旋转、外部节点、形变行为;

  • 边界类型：离散点绑定位移
  • 位移：可勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的位移约束，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入;
  • 外部节点：输入在全局坐标系下外部节点的坐标;
  • 旋转：可勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的旋转约束，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入;
  • 形变行为
    • 可形变：外部节点和施加位置之间为柔性连接；
    • 不可形变：外部节点和施加位置之间为刚性连接。
  • 施加位置：荷载所作用的位置。

• 离散点绑定力
  用户可在该选项卡中选择从远程点向结构的面施加力矢量，该选项需要定义三个参数：绑定力、力矩、外部节点（远程点）;

  • 绑定力：输入全局坐标系下的3个方向的力分量，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入;
  • 力矩：输入全局坐标系下的3个方向的力矩分量，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入;
  • 外部节点：输入在全局坐标系下远程点的坐标;
  • 形变行为
    • 可形变：外部节点和施加位置之间为柔性连接；
    • 不可形变：外部节点和施加位置之间为刚性连接。
  • 施加位置：荷载所作用的位置。

• 基础激励
  用户可在该选项卡中施加全局坐标系下的3个方向的加速度激励，数值可通过直接输入值、表格输入两种方式输入；需要注意的是，基础激励必须要先设置固定支撑，且不兼容力边界条件；

  • 方向：通过向量的方式确定激励的方向。
  • 加速度：由用户自定义一个浮点数，用来表示激励的大小。
  • 相位角 ：由用户自定义一个浮点数。

3.8 求解器

求解器面板包含控制有限元分析求解方程的一些设置，包括算法选择、矩阵奇异性检测等方案，以下会对每种设置及其过程机械阐述，这些参数在大多数情况下都足够好，但用户可利用可选项来优化计算过程，提高速度、鲁棒性和精度。求解计算方法包含MUMPS、LDLT、Multifrontal三种方法；

• MUMPS：多用于大规模稀疏矩阵的直接求解，该选项卡有自己的一些特定设置；

  • 奇异性监测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测；
  • 矩阵类型
    • 自动检测
    • 非对称矩阵
    • 对称不定矩阵
    • 对称正定矩阵；
  • 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定；
  • 是否进行预处理：可选择是否启用矩阵的预分析用以优化计算；
  • 矩阵重新编号方法：矩阵优化算法，对仿真计算的内存消耗有巨大影响；
    • AMD:使用近似最小度数方法；
    • SCOTCH:是一个强大的重新编号工具，适用于大多数场景，是MUMPS的标准选项；
    • AMF：使用近似最小填充方法；
    • PORD:是MUMPS中包含的重新编号工具；
    • QAMD:是自动检测准密集矩阵的AMD变体；
    • Automatic: MUMPS自动选择重新编号的方法；
  • 内存管理优先级：允许选择RAM与磁盘的使用情况；
    • 自动：允许求解器决定最佳设置；
    • 核内存储：通过将所有对象存储在内存中，优化计算时间；
    • 评估：在求解器日志中提供最佳设置；
    • 核外存储：通过在内存外存储对象来优化内存使用。

• LDLT：对系数矩阵执行经典的高斯消去过程

  • 奇异性检测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测

• MULTIFRONTAL：系数矩阵分解法对矩阵进行LU或Cholesky分解，该方法的矩阵重新编号方法有两种方法

  • 奇异性检测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
  • 矩阵重新编号方法
    • MDA:对超过5000或者更大自由度的大模型选择此选项
    • MD：小模型选择此选项

3.9 时间步&资源

在此选项卡中，用户可设定计算所需的资源和计算时间和激励的频率；

• 激励频率
  • 固定频率：在在设定的频率下对模型激励
    • 频率：用户自定义浮点数。
  • 频率列表：用户可以定义一个区间内的频率对模型激励。
    • 起始频率：由用户自定义浮点数，频率的起始值。
    • 结束频率：由用户自定义浮点数，频率的结束值，数值上应大于起始频率。
    • 频率步进：搜索频率时的步长，由用户自定义。
• 计算核数：定义仿真计算所需的计算核数；
• 最大计算时间：定义仿真的最大时间，超过该值就会自动停止计算。

3.10 结果配置

在此选项卡中，用户可输出响应的结果；

• 物理场：可选择输出结果，包括位移、应力（柯西应力、冯米塞斯应力）、应变、力（节点力、节点反力）、速度、加速度，其中位移场、柯西应力场、应变场、速度场和加速度场的复数形式可以选择“实数和复数”或“模与相位”；
• 兴趣点结果提取：以列表形式展示之前所选兴趣点的结果。

3.11 仿真计算

用户可在此选项卡中提交计算并查看仿真计算之后的云图，还可获得计算日志，便于用户的使用。

响应谱分析

当地震作用于结构物时，结构物产生的动态反应可以用响应谱来描述。响应谱分析是一种用来评估结构在地震作用下的动态响应的分析方法。在进行响应谱分析时，首先需要确定结构物的质量、刚度和阻尼等参数，然后将这些参数代入结构的动力方程中，通过计算得到结构在不同频率下的加速度、速度或位移的最大响应值，这些最大响应值就是所谓的响应谱。

响应谱分析可以帮助工程师评估结构在地震作用下的强度和韧度，从而指导结构的设计和加固，以提高结构的地震抗震性能。响应谱分析也是地震工程领域中常用的一种分析手段，对于重要的工程结构，如核电站、高层建筑和大型桥梁等，进行响应谱分析是非常重要的。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启响应谱仿真

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择结构仿真-响应谱分析，点击开始仿真按钮，开始仿真:

在弹出的创建工程窗口中输入工程名:

输入工程名称后，点击创建，进入响应谱仿真界面:

响应谱仿真模块树如图所示：

1. 产品手册

1.1 几何导入

用户可以在这里上传几何模型，模型格式建议为iges、step、brep、xao且大小不超过200M。

1.1.1 几何分组

用户可以在几何模型中创建点、线、面、体的分组。

1.2 网格导入

用户可通过点击网格，导入本地网格，格式建议为，med、inp、cdb、cgns且大小不超过200M。用户需预先把所需的载荷组与约束组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义组的点、线、面和体。
同时可以在此选项按照平台内置算法划分网格。

1.3 兴趣点设置

在此选项卡中，用户可定义兴趣点，以便在后续的结果展示中可直接查看兴趣点的计算结果。

1.4 线性接触

在模型建立时没有进行融合操作的结构都需要对其进行接触设置。线性接触指两个物体表面之间没有相对滑移，并且满足胡克定律（Hooke's law），即力与位移成正比。
在此选项卡中，用户可选择绑定、相对滑动两种连接方法，并自定义接触位置和位置容差。

1.5 单元设置

在此选项卡中，可手动或自动选择设置三维完全积分单元或者三维缩减积分单元类型，以及网格阶数为一阶或者二阶。

1.6 材料设置

在此选项卡中，用户可选择大部分常用材料（如钢、铁、铝、玻璃、橡胶、陶瓷等金属和非金属材料），材料包含基础的力学特征，如本构行为、密度、泊松比、杨氏模量等。

1.7 边界条件与载荷

在此选项卡中，用户可选择边界类型和施加位置，边界类型包括：固定支撑、弹性支撑和位移约束。

1.8 求解器

在此选项卡中，用户可自定义设置求解选项，响应谱分析包含前置模态分析设置和响应谱分析设置。

1.8.1 前置模态分析设置

在此选项卡中，用户可选择不同的计算方法，选择不同的迭代方法和收敛准则以及特征值求解方法

1.8.2 响应谱分析设置

在此选项卡中，用户可设置响应谱激励和模态合成方法。

1.9 时间步&资源

在此选项卡中，用户可设置计算的核数以及最大计算时间。

1.10 结果配置

在此选项卡中，用户可根据需要选择特定的输出结果，包括位移（总位移、周期模态总位移、刚体模态总位移）、应力（总应力、冯米塞斯应力、周期模态总应力、刚体模态总应力），结果以云图方式展示，还有兴趣点的折线图结果。

1.11 仿真计算

在此选项卡用户可以提交计算，并在此处查阅相关的云图结果和兴趣点的折线图结果。

2. 教程案例

案例1-压力容器响应谱分析

案例2-桁架桥响应谱分析

案例3-框架厂房响应谱分析

案例4-冷却塔响应谱分析

案例5-音叉响应谱分析

案例6-信号塔响应谱分析

案例7-神舟飞行器响应谱分析

案例8-埃菲尔铁塔响应谱分析

案例9-高层建筑响应谱分析

案例10-混凝土拱坝响应谱分析

3. 设置项详解

3.1 几何

用户可从本地上传几何文件，上传后选项卡会展示几何外形，显示顶点数量、边线数量、环线数量和面数量等。

• 几何分组：上传几何文件后，用户需对几何进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。不分组自动画网格功能不能使用！

3.2 网格

用户可从本地上传网格文件，上传后选项卡会展示网格外形，显示单元数量、节点数量、边线数量和面数量等。上传网格文件前，用户需提前对模型进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。
用户也可将上传的几何文件在此处划分网格，生成.med文件。

• 类型：在此处选择用于计算的网格来源
  • 几何生成：将上传的几何文件剖分
  • 上传网格：直接导入外部网格模型
• 几何模型:当类型处选择“几何生成”时，此处默认的是导入几何的文件名。
• 网格划分方法：此处选择划分网格的算法。
  • 自动划分：平台自动生成四面体网格，只能调节网格密度。
  • 手动划分：可以调节网格的单元最大最小尺寸以及网格密度
• 网格划分精度：控制网格密度的滑块，0代表网格最粗糙，4代表网格最精细。
• 单元最大尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最大长度。
• 单元最小尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最小长度。

3.3 兴趣点

用户可在模型上选择兴趣点，以便在后续的结果展示中以列表形式查看兴趣点的结果。

• 点：通过三个坐标定义一个点。
• 球：通过三个坐标和半径定义一个球。
• 圆柱：可以设置半径、参考点坐标、坐标原点坐标。
• 笛卡尔盒子：可以设置最小值和最大值坐标。

3.4 线性接触

• 连接方法
  • 绑定：通过约束条件将两个物体或结构件紧密连接在一起，使其在仿真分析过程中保持稳定的相对位置和运动关系。
  • 相对滑动：许两个接触面在接触表面相切的平面上有位移，但不允许沿接触面法线方向有位移。
• 位置容差：从属面距主从面最近的距离，该选项会改变接触的区域大小。
  • 启用
  • 不启用
• 容差：启用位置容差后可在此处设置容差数值，用户自定义的浮点数。
• 主接触面位置：在选择主接触面时，必须选择体单元类型！！！
• 从接触面位置：从接触面选择另一个接触面。

3.5 单元设置

当单元设置为“自动”时，默认选择二阶、三维完全积分单元；当设置为“手动”时，用户可选择三维完全积分单元或三维缩减积分单元;当单元设置为“手动”时，用户可选择一阶或者二阶网格；

• 单元设置：
  • 自动
  • 手动
• 单元类型
  • 三维完全积分单元
  • 三维缩减积分单元
• 网格阶数
  • 一阶
  • 二阶

3.6 材料

材料选项卡中用户可定义全局的材料性能，包括材料本构行为（默认线弹性），杨氏模量、泊松比、密度，单位也可根据需要随时改变。
点击材料的加号按钮，用户可选择内置的不同材料，各项材料力学基本属性都已默认填写，同时可根据用户需要赋予所属模型网格。

3.7 边界条件

边界条件定义了结构的支撑情况和结构与外部环境的相互作用，点击边界条件与载荷旁的加号按钮可选择不同的边界类型：

• 固定支撑：用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加6个自由度方向的固定约束。
• 弹性支撑
  • 边界类型：弹性支撑
  • 弹簧刚度
    • 各向同性：各个方向的刚度一致，一个变量即可表示弹簧刚度。
    • 各向异性：三个方向的刚度不一定一致，需要3个变量表示弹簧的刚度。
  • 刚度定义
    • 整体模型：定义的刚度值将应用于面的所有节点；
    • 分布模型：刚度将分布到应用刚度的面区域；
  • K
    • x：用户自定义数值，表示X方向的刚度大小。
    • y：用户自定义数值，表示Y方向的刚度大小。
    • z：用户自定义数值，表示Z方向的刚度大小。
  • 施加位置：选取边界所作用的位置。
• 位移约束：用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加3个平动自由度的位移，用户可通过勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的位移条件，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入。

3.8 求解器

求解器面板包含前置模态分析设置和响应谱分析设置。

3.8.1 前置模态分析设置

该选项卡包含控制有限元模态分析方程求解的一些设置，包括算法选择、残差和阈值类型、模态求解方法、求解模态阶数、最大迭代次数等。求解计算方法包含：MUMPS,LDLT,Multifrontal三种方法

• MUMPS
  • 奇异性监测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
  • 矩阵类型
    • 自动检测
    • 非对称矩阵
    • 对称不定矩阵
  • 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定
  • 是否进行预处理：用户可选择是否启用矩阵的预分析用以优化计算
  • 矩阵重新编号方法：矩阵优化算法，对仿真计算的内存消耗有巨大影响：
    • AMD:使用近似最小度数方法
    • SCOTCH:是一个强大的重新编号工具，适用于大多数场景，是MUMPS的标准选项
    • AMF：使用近似最小填充方法
    • PORD:是MUMPS中包含的重新编号工具
    • QAMD:是自动检测准密集矩阵的AMD变体。
    • Automatic: MUMPS自动选择重新编号的方法
  • 内存管理优先级：允许选择RAM与磁盘的使用情况
    • 自动：允许求解器决定最佳设置
    • 核内存储：通过将所有对象存储在内存中，优化计算时间。
    • 评估：在求解器日志中提供最佳设置
    • 核外存储：通过在内存外存储对象来优化内存使用
  • 特征值求解方法
    • IRAM-Sorensen：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数
      • 精度：定义Sorensen算法迭代停止的判断条件。推荐使用默认值。
      • 最大迭代次数：设置求解过程的迭代次数上限。推荐使用默认值。
    • Lanczos：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。通过构建Krylov子空间来近似求解，降低了计算复杂度。特别适用于边界特征值的求解。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
      • 正交精度：正交精度越高，基向量的正交性就越好，这有助于算法的稳定性和准确性。但是，过高的正交精度可能会增加计算成本和复杂度。
      • 最大正交迭代次数：限制了Lanczos算法在每次迭代中用于保持基向量正交性的最大迭代次数。当达到这个限制时，算法可能会停止进一步的正交化过程，即使正交精度尚未达到预定的标准。这个参数的选择需要在算法的稳定性和效率之间做出权衡。
      • 兰索斯精度：兰索斯精度是指Lanczos算法在逼近大型矩阵的特征值和特征向量时，所达到的精度水平。这个精度水平直接影响到算法的准确性，以及最终计算出的特征值和特征向量的可靠性。提高兰索斯精度可能会增加计算成本，但也会提高解的准确性。
      • 最大QR迭代次数：通常用于保持基向量的正交性。这个参数的选择需要考虑到算法的效率和稳定性。如果QR迭代次数过少，可能会导致基向量的正交性丧失；如果过多，则可能会增加计算成本。
      • 刚体模态检测：通过刚体模态检测，算法可以确保计算结果的准确性和可靠性，特别是在处理大型和复杂的系统时。
        • yes：检测
        • no ：不检测
    • Bathe-Wilson：适用于处理复杂结构或系统的动力学问题，可能提供稳定的数值解。
      • 巴特精度：在迭代过程中，算法会检查解的变化是否小于这个设定的精度值。如果是，则认为解已经收敛，迭代可以停止。
      • 最大巴特迭代次数：定义了Bathe算法允许的最大迭代次数。即使没有达到设定的精度，如果迭代次数超过了这个值，算法也会停止，并可能报告一个未收敛的警告或错误。
      • 雅可比精度：用于确定何时需要更新雅可比矩阵。
      • 最大雅可比迭代次数：限制了内部迭代过程的最大次数，以防止它们在无法收敛的情况下无限期地运行。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
    • QZ：适用于求解广义特征值问题；具有良好的数值稳定性和准确性；广泛应用于多个领域。
      • 类型：分别代表QZ算法的三种计算方法。
        • Simple
        • Equi
        • QR
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
  • 最大迭代次数：算法在达到最大迭代次数之前未能收敛到足够的精度，它可能会停止并返回一个警告或错误信息。
  • 归一化阈值：用于确定何时特征向量被视为已足够接近单位长度，从而可以被认为是归一化的。
  • 核检阈值：用于检查算法稳定性和收敛性的阈值。
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
  • 提取模态阶数：由用户自定义一个整数，用于限定提取模态的数量。
• LDLT
  LDLT对系数矩阵执行经典的高斯消去过程
  • 奇异性检测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
  • 特征值求解方法
    • IRAM-Sorensen：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数
      • 精度：定义Sorensen算法迭代停止的判断条件。推荐使用默认值。
      • 最大迭代次数：设置求解过程的迭代次数上限。推荐使用默认值。
    • Lanczos：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。通过构建Krylov子空间来近似求解，降低了计算复杂度。特别适用于边界特征值的求解。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
      • 正交精度：正交精度越高，基向量的正交性就越好，这有助于算法的稳定性和准确性。但是，过高的正交精度可能会增加计算成本和复杂度。
      • 最大正交迭代次数：限制了Lanczos算法在每次迭代中用于保持基向量正交性的最大迭代次数。当达到这个限制时，算法可能会停止进一步的正交化过程，即使正交精度尚未达到预定的标准。这个参数的选择需要在算法的稳定性和效率之间做出权衡。
      • 兰索斯精度：兰索斯精度是指Lanczos算法在逼近大型矩阵的特征值和特征向量时，所达到的精度水平。这个精度水平直接影响到算法的准确性，以及最终计算出的特征值和特征向量的可靠性。提高兰索斯精度可能会增加计算成本，但也会提高解的准确性。
      • 最大QR迭代次数：通常用于保持基向量的正交性。这个参数的选择需要考虑到算法的效率和稳定性。如果QR迭代次数过少，可能会导致基向量的正交性丧失；如果过多，则可能会增加计算成本。
      • 刚体模态检测：通过刚体模态检测，算法可以确保计算结果的准确性和可靠性，特别是在处理大型和复杂的系统时。
        • yes：检测
        • no ：不检测
    • Bathe-Wilson：适用于处理复杂结构或系统的动力学问题，可能提供稳定的数值解。
      • 巴特精度：在迭代过程中，算法会检查解的变化是否小于这个设定的精度值。如果是，则认为解已经收敛，迭代可以停止。
      • 最大巴特迭代次数：定义了Bathe算法允许的最大迭代次数。即使没有达到设定的精度，如果迭代次数超过了这个值，算法也会停止，并可能报告一个未收敛的警告或错误。
      • 雅可比精度：用于确定何时需要更新雅可比矩阵。
      • 最大雅可比迭代次数：限制了内部迭代过程的最大次数，以防止它们在无法收敛的情况下无限期地运行。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
    • QZ：适用于求解广义特征值问题；具有良好的数值稳定性和准确性；广泛应用于多个领域。
      • 类型：分别代表QZ算法的三种计算方法。
        • Simple
        • Equi
        • QR
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
  • 最大迭代次数：算法在达到最大迭代次数之前未能收敛到足够的精度，它可能会停止并返回一个警告或错误信息。
  • 归一化阈值：用于确定何时特征向量被视为已足够接近单位长度，从而可以被认为是归一化的。
  • 核检阈值：用于检查算法稳定性和收敛性的阈值。
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
  • 提取模态阶数：由用户自定义一个整数，用于限定提取模态的数量。
• MULTIFRONTAL
  系数矩阵分解法对矩阵进行LU或Cholesky分解。
  • 奇异性检测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
  • 矩阵重新编号方法
    • MDA:对超过5000或者更大自由度的大模型选择此选项
    • MD：小模型选择此选项
  • 特征值求解方法
    • IRAM-Sorensen：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数
      • 精度：定义Sorensen算法迭代停止的判断条件。推荐使用默认值。
      • 最大迭代次数：设置求解过程的迭代次数上限。推荐使用默认值。
    • Lanczos：适用于求解大规模矩阵的特征值分解问题。通过构建Krylov子空间来近似求解，降低了计算复杂度。特别适用于边界特征值的求解。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
      • 正交精度：正交精度越高，基向量的正交性就越好，这有助于算法的稳定性和准确性。但是，过高的正交精度可能会增加计算成本和复杂度。
      • 最大正交迭代次数：限制了Lanczos算法在每次迭代中用于保持基向量正交性的最大迭代次数。当达到这个限制时，算法可能会停止进一步的正交化过程，即使正交精度尚未达到预定的标准。这个参数的选择需要在算法的稳定性和效率之间做出权衡。
      • 兰索斯精度：兰索斯精度是指Lanczos算法在逼近大型矩阵的特征值和特征向量时，所达到的精度水平。这个精度水平直接影响到算法的准确性，以及最终计算出的特征值和特征向量的可靠性。提高兰索斯精度可能会增加计算成本，但也会提高解的准确性。
      • 最大QR迭代次数：通常用于保持基向量的正交性。这个参数的选择需要考虑到算法的效率和稳定性。如果QR迭代次数过少，可能会导致基向量的正交性丧失；如果过多，则可能会增加计算成本。
      • 刚体模态检测：通过刚体模态检测，算法可以确保计算结果的准确性和可靠性，特别是在处理大型和复杂的系统时。
        • yes：检测
        • no ：不检测
    • Bathe-Wilson：适用于处理复杂结构或系统的动力学问题，可能提供稳定的数值解。
      • 巴特精度：在迭代过程中，算法会检查解的变化是否小于这个设定的精度值。如果是，则认为解已经收敛，迭代可以停止。
      • 最大巴特迭代次数：定义了Bathe算法允许的最大迭代次数。即使没有达到设定的精度，如果迭代次数超过了这个值，算法也会停止，并可能报告一个未收敛的警告或错误。
      • 雅可比精度：用于确定何时需要更新雅可比矩阵。
      • 最大雅可比迭代次数：限制了内部迭代过程的最大次数，以防止它们在无法收敛的情况下无限期地运行。
      • 子空间设置:指定特征求解器使用的子空间。只有在解决方案过程中出现建议更改的错误时，才应该更改此设置。一般来说，计算的频率越多，子空间就越大。
        • Automatic:求解器根据模型和其他输入自行选择合适的子空间。
        • Dimension:直接指定子空间维度。只有在检查错误日志之后才应该这样做，错误日志提供了选择此设置的提示。
          • 子空间维度：系统默认为0。
        • Coefficient:用于设置子空间维度与计算频率的数量成比例的乘数。
          • 子空间系数：系统默认为2。
    • QZ：适用于求解广义特征值问题；具有良好的数值稳定性和准确性；广泛应用于多个领域。
      • 类型：分别代表QZ算法的三种计算方法。
        • Simple
        • Equi
        • QR
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
  • 最大迭代次数：算法在达到最大迭代次数之前未能收敛到足够的精度，它可能会停止并返回一个警告或错误信息。
  • 归一化阈值：用于确定何时特征向量被视为已足够接近单位长度，从而可以被认为是归一化的。
  • 核检阈值：用于检查算法稳定性和收敛性的阈值。
  • 转换精度：计算过程中涉及变换的精度。
  • 提取模态阶数：由用户自定义一个整数，用于限定提取模态的数量。

3.8.2 响应谱分析设置

该选项卡可设置响应谱激励和模态合成方法，以下会对每种设置及其过程机械阐述；

• 分析类型默认为一致响应谱分析；
• 响应谱类型包含：加速度、速度和位移三种类型；
• 可通过勾选对应方向的选择框来自由选择所需的响应谱方向，并定义该方向的放缩系数，可同时定义多个响应谱和对应的阻尼比，响应谱数据以表格形式输入每阶的频率和幅值，输入完成后可点击数据下载当前定义的响应谱数据表格；
• 由于忽略了高频模态的响应，可能对最终结果产生影响，此时可勾选质量修正使计算结果更加准确；
• 模态合成方法包含：平方根相加法（SRSS）、绝对值相加法（ABS）、完全二次组合法（CQC）、10%法（DPC）、二重和法（DSC）和分组法（GUPTA）；
• 方向合成方法包含：平方根求和法（QUAD）和40%法（NEWMARK）。

3.9 时间步&资源

在此选项卡中，用户可设定计算所需的资源和计算时间；

• 计算核数：可定义仿真计算所需的计算核数；
• 最大计算时间：定义仿真的最大时间，超过该值就会自动停止计算。

3.10 结果配置

在此选项卡中，用户可输出响应的结果；

• 物理场：可选择输出结果，包括位移（总位移、周期模态总位移、刚体模态总位移）、应力（总应力、冯米塞斯应力、周期模态总应力、刚体模态总应力）；
• 兴趣点结果提取：以列表形式展示之前所选兴趣点的结果。

3.11 仿真计算

用户可在此选项卡中查看仿真计算之后的云图，以及激活的兴趣点的相关结果。

断裂分析

断裂分析是工程学和材料科学领域的一项重要技术，它主要用于理解材料或结构在受力过程中裂纹形成和扩展的行为。这项分析旨在预测材料在不同条件下的断裂行为，从而帮助工程师评估和改进产品设计、预测寿命以及确保结构的安全性。
关键词：
裂纹的形成和扩展：裂纹是材料中的缺陷，可以是由于外部载荷、疲劳加载、环境因素或材料缺陷引起。分析通过模拟裂纹的形成和扩展来了解这一过程。
应力集中：裂纹周围的应力集中是裂纹扩展的关键因素。它导致局部应力增加，可能加速裂纹扩展。
数值模拟：通过数值方法（例如有限元分析）模拟结构在不同载荷条件下的应力、应变分布，以及裂纹的形成和扩展。
裂纹尖端应力场：断裂分析着重考虑裂纹尖端的应力场分布，因为这是裂纹扩展的关键位置。
裂纹扩展预测：通过对裂纹形态、材料性质和加载条件的建模，预测裂纹扩展速率和路径。
应用领域：断裂分析在建筑、航空航天、汽车等领域中用于评估结构的强度和耐久性，以确保安全和可靠性。断裂分析也用于材料疲劳性能评估和材料改进，以延长产品寿命。断裂分析还用于了解事故和材料损伤的原因，从而改进产品设计和安全标准。断裂分析在工程和科学领域中发挥着关键作用，帮助理解材料和结构在各种条件下的性能，从而指导产品设计和安全评估。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启断裂分析仿真

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择结构仿真-断裂分析，点击开始仿真按钮，开始仿真:

在弹出的创建工程窗口中输入工程名:

输入工程名称后，点击创建，进入断裂分析仿真界面:

断裂分析仿真模块树如图所示：

1. 产品手册

1.1 几何导入

用户可以在这里上传几何模型，模型格式建议为iges、step、brep、xao且大小不超过200M。

1.1.1 几何分组

用户可以在几何模型中创建点、线、面、体的分组。

1.2 网格导入

用户可通过点击网格，导入本地网格，格式建议为，med、inp、cdb、cgns且大小不超过200M。用户需预先把所需的载荷组与约束组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义组的点、线、面和体。
同时可以在此选项按照平台内置算法划分网格。

1.3 单元设置

在此选项卡中，可手动或自动选择将惯性效应设置为二维和三维。其中2D包含平面应变模型、平面应力模型以及轴对称模型，3D单元类型为三维完全积分单元。

1.4 全局模型

在此选项卡中用户可以定义重力加速度的大小和方向，其中方向是由向量定义的。

1.5 材料设置

在此选项卡中，用户可设置材料的相关属性，密度、泊松比、杨氏模量，材料本构默认为线弹性材料。

1.6 裂纹设置

裂纹分为2D单元和3D单元。2D单元的裂纹类型包括线段和射线。3D单元的裂纹类型包括椭圆、矩形、圆柱和半平面。

1.7 边界条件与载荷

用户可在边界条件选项卡中选择约束类型和加载方式；
约束类型包括：固定支撑、位移约束、对称约束；
荷载类型包括：面分布荷载、体分布荷载、压强。

1.8 求解器

在此选项卡中，用户可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。用户可在求解器中选择不同的计算方法，选择不同的迭代方法和收敛准则。

1.9 时间步&资源

用户可设置计算的核数以及最大计算时间。

1.10 结果配置

在此选项卡中用户可以输出位移结果，结果以云图方式展示，同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

2. 教程案例

案例1-简支梁静态裂纹仿真

案例2-二维平板静态裂纹仿真

案例3-矩形钢闸门裂缝疲劳开展分析

案例4-吊重挂钩静态裂纹仿真

案例5-三通管道静态裂纹仿真

案例6-工业连接件焊缝裂纹仿真

案例7-音叉静态裂纹仿真

案例8-飞行器机翼裂纹仿真

案例9-混凝土厂房裂纹仿真

案例10-手机屏幕静态裂纹仿真

3. 设置项详解

3.1 几何

用户可从本地上传几何文件，上传后选项卡会展示几何外形，显示顶点数量、边线数量、环线数量和面数量等。

• 几何分组：上传几何文件后，用户需对几何进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。不分组自动画网格功能不能使用！

3.2 网格

用户可从本地上传网格文件，上传后选项卡会展示网格外形，显示单元数量、节点数量、边线数量和面数量等。上传网格文件前，用户需提前对模型进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。
用户也可将上传的几何文件在此处划分网格，生成.med文件。

• 类型：在此处选择用于计算的网格来源
  • 几何生成：将上传的几何文件剖分
  • 上传网格：直接导入外部网格模型
• 几何模型:当类型处选择“几何生成”时，此处默认的是导入几何的文件名。
• 网格划分方法：此处选择划分网格的算法。
  • 自动划分：平台自动生成四面体网格，只能调节网格密度。
  • 手动划分：可以调节网格的单元最大最小尺寸以及网格密度
• 网格划分精度：控制网格密度的滑块，0代表网格最粗糙，4代表网格最精细。
• 单元最大尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最大长度。
• 单元最小尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最小长度。

3.3 单元设置

• 惯性效应：惯性效应通常指的是结构在受到快速加载或动态载荷时，由于质量分布和加速度而产生的力学效应。
  • 3D：在三维模型中，惯性效应需要考虑三个方向的加速度和惯性力，这更加接近实际物理情况。
  • 2D：在二维模型中，惯性效应通常被简化为平面内的质点运动，只考虑两个方向的加速度和惯性力。
• 单元类型：在选择单元类型时，需要考虑结构的几何形状、材料属性、加载条件以及分析目标。不同的单元类型具有不同的计算精度和计算成本，因此需要根据具体情况进行选择。同时，还需要注意单元之间的连接方式和边界条件的设置，以确保分析结果的准确性和可靠性。
  • 三维完全积分单元：当“惯性效应”选择3D时，此处为默认选项。常指的是对单元刚度矩阵中的多项式项进行精确积分所需的单元类型。
  • 平面应变模型：常用于模拟在某一平面内存在显著应力和应变变化，但在与该平面垂直的方向上应变非常小的结构或材料。
  • 平面应力模型：用于模拟在某一平面内存在显著应力和应变变化，但在与该平面垂直的方向上应力为零的结构或材料。
  • 轴对称模型：在有限元分析中是一种简化的模型，用于模拟具有轴对称性的物理系统或结构。

3.4 全局模型

全局模型：用户可在此选项卡中输入重力加速度，重力加速度输入的形式包括数值，表格或者函数形式，同时可在全局坐标系下定义重力加速度的方向，默认为Z的负方向。

3.5 材料

材料选项卡中用户可定义全局的材料性能，包括材料本构行为（默认线弹性），杨氏模量、泊松比、密度，单位也可根据需要随时改变。

3.6 裂纹设置

单元设置——惯性效应——2D

• 线段
  • 裂纹类型：线段
  • θ场变化区域内径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域。
  • θ场变化区域外径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域，数值应比内径数值大。
  • 裂纹起点坐标：用户通过三个坐标输入控制裂纹开始的位置。
  • 裂纹终点坐标：用户通过三个坐标输入控制裂纹结束的位置。
• 射线：
  • 裂纹类型：射线
  • θ场变化区域内径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域。
  • θ场变化区域外径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域，数值应比内径数值大。
  • 裂纹尖端经过点坐标：用户通过三个坐标输入控制裂纹尖端的位置。
  • 开裂方向:通过向量的方式控制裂纹开裂的方向。

单元设置——惯性效应——3D

• 椭圆
  • 裂纹类型：椭圆
  • θ场变化区域内径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域。
  • θ场变化区域外径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域，数值应比内径数值大。
  • 椭圆裂纹中心坐标：用户通过三个坐标控制椭圆裂纹的中心坐标。
  • 椭圆半长轴半短轴长度
    • a：用户设置一个浮点数定义半长轴的长度。
    • b：用户设置一个浮点数定义半短轴的长度。
  • 椭圆半长轴方向：通过向量的方式定义半长轴的方向。
  • 椭圆半短轴方向：通过向量的方式定义半短轴的方向。
  • 开裂区域：定义裂纹的位置是在模型内部还是模型外部。
    • 内部
    • 外部
• 矩形
  • 裂纹类型：矩形
  • θ场变化区域内径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域。
  • θ场变化区域外径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域，数值应比内径数值大。
  • 矩形裂纹中心坐标：用户通过三个坐标控制矩形裂纹的中心坐标。
  • 矩形尺寸
    • 半长度：用户设置一个浮点数定义矩形长度的一半。
    • 半宽度：用户设置一个浮点数定义矩形宽度的一半。
    • 倒角半径：用户设置一个浮点数定义矩形裂缝的四个倒角的半径。
  • 矩形长方向：通过向量的方式定义矩形长的方向。
  • 矩形款方向：通过向量的方式定义矩形宽的方向。
  • 开裂区域：定义裂纹的位置是在模型内部还是模型外部。
    • 内部
    • 外部
• 圆柱
  • 裂纹类型：圆柱
  • θ场变化区域内径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域。
  • θ场变化区域外径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域，数值应比内径数值大。
  • 圆柱裂纹椭圆面中心坐标：用户通过三个坐标控制圆柱裂纹椭圆面的中心坐标。
  • 圆柱裂纹椭圆面半长轴半短轴长度
    • a：用户设置一个浮点数定义半长轴的长度。
    • b：用户设置一个浮点数定义半短轴的长度。
  • 圆柱裂纹椭圆面半长轴方向：通过向量的方式定义半长轴的方向。
  • 圆柱裂纹椭圆面半短轴方向：通过向量的方式定义半短轴的方向。
• 半平面
  • 裂纹类型：半平面
  • θ场变化区域内径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域。
  • θ场变化区域外径：由用户设置根据几何尺寸设置的一个浮点数，用于控制裂纹扩展区域，数值应比内径数值大。
  • 裂纹尖端经过点坐标：用户通过三个坐标控制裂纹尖端的坐标。
  • 断裂面法向：通过向量的方式控制断裂面的法向方向。
  • 开裂方向：通过向量的方式定义裂纹开裂的方向。

3.7 边界条件

边界条件定义了结构的支撑情况和结构与外部环境的相互作用，点击边界条件与载荷旁的加号按钮可选择不同的边界类型：

• 面分布载荷
  • 边界类型：面分布载荷
  • 面分布载荷：用户可在此处自定义三个方向的分量值，数值可通过直接输入值、表格输入、公式输入三种方式输入；
  • 施加位置：选取载荷所作用的位置。
• 体分布载荷
  • 边界类型：体分布载荷
  • 体分布载荷：用户可在此处自定义三个方向的分量值，数值可通过直接输入值、表格输入、公式输入三种方式输入；
  • 施加位置：选取载荷所作用的位置。
• 压强
  • 边界类型：压强
  • 压强：用户可在该选项卡中选择需要的面单元施加压强，压强方向默认为施加平面的内法线方向，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入;
  • 施加位置：荷载所作用的位置。
• 固定支撑：用户可在该选项卡中选择需要的体、面、线、点，施加6个自由度方向的固定约束；
• 位移约束：用户可在该选项卡中选择需要的体、面、线、点，施加3个平动自由度的位移，可通过勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的位移条件，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入；
• 对称约束：用户可在该选项卡中选择需要的面，该平面作为结构的对称平面；

3.8 求解器

求解器面板包含控制方程求解器的一些设置，这些参数在大多数情况下都足够好，但用户可利用可选项来优化计算过程，提高速度、鲁棒性和精度。 求解计算方法包含：MUMPS,LDLT,Multifrontal,PETSC四种方法

• 检测到奇异时是否停止：打开则会开启评估，当矩阵奇异性评估结果为正，则停止计算，对于非线性解，可用牛顿准则代替。
• 奇异性检测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
• 网格细化：由用户决定是否打开此选项，此功能可以使裂纹计算更加精细。
  • 细化迭代数：由用户设置一个整数，来定义对裂纹处网格细化的次数。
  • 细化区域半径：由用户设置一个浮点数，来定义细化网格的范围。
  • 粗化区域半径：由用户设置一个浮点数，来定义细化网格的范围。建议数值与细化区域半径保持一致。

MUMPS多用于大规模稀疏矩阵的直接求解，该选项卡有自己的一些特定设置

• 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定
• 是否进行预处理：用户可选择是否启用矩阵的预分析用以优化计算
• 矩阵重新编号方法：矩阵优化算法，对仿真计算的内存消耗有巨大影响：
  • AMD:使用近似最小度数方法
  • SCOTCH:是一个强大的重新编号工具，适用于大多数场景，是MUMPS的标准选项
  • AMF：使用近似最小填充方法
  • PORD:是MUMPS中包含的重新编号工具
  • QAMD:是自动检测准密集矩阵的AMD变体。
  • Automatic: MUMPS自动选择重新编号的方法
• 分布式矩阵存储：如果启用，矩阵存储将在不同的进程中拆分，禁用则为每个进程保存一份矩阵副本
• 内存管理：允许选择RAM与磁盘的使用情况
  • 自动：允许求解器决定最佳设置
  • 核内存储：通过将所有对象存储在内存中，优化计算时间。
  • 评估：在求解器日志中提供最佳设置
  • 核外存储：通过在内存外存储对象来优化内存使用
• 矩阵类型：用于判断计算时采用的矩阵结构。
  • 自动检测：系统默认选项，建议使用。
  • 非对称矩阵
  • 对称不定矩阵
  • 对称正定矩阵
• 相对残差收敛阈值:用于判断计算时的收敛准则，可由用户根据计算结果要求的精确性自主更改。数值越大，计算越容易收敛，但是结果精度越低，一般推荐1e-5。
• 迭代求解后处理：系统默认自动，建议使用默认设置。
  • 自动
  • 启用
  • 停用 LDLT对系数矩阵执行经典的高斯消去过程

MULTIFRONTAL系数矩阵分解法对矩阵进行LU或Cholesky分解，该方法的矩阵重新编号方法有两种方法

• MDA:对超过5000或者更大自由度的大模型选择此选项
• MD：小模型选择此选项

PETSC使用可移植、可扩展的科学计算工具包中的不同算法和组件。

• 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定
• 相对残差收敛阈值：用于判断计算时的收敛准则，可由用户根据计算结果要求的精确性自主更改。数值越大，计算越容易收敛，但是结果精度越低，一般推荐1e-5。
• 分布式矩阵存储：如果启用，矩阵存储将在不同的进程中拆分，禁用则为每个进程保存一份矩阵副本。
• 算法：选择求解算法
  • CG:共轭梯度
  • CR:共轭残差
  • GCR:广义共轭残差
  • GMRES:最小广义残差，是鲁棒性和速度之间的最佳折衷
• 预处理器类型：选择算法以计算和重新调整矩阵用以寻找最优解
  • MUMPS LDLT:单精度完全Cholesky分解
  • Incomplete LDLT：是另一种针对对称矩阵的分解方法，但与Cholesky分解不同。
  • Jacobi：Jacobi迭代法是一种用于求解线性系统的迭代方法。它基于矩阵的分裂（通常是将矩阵分解为对角矩阵和剩余部分），并在每一步中通过求解对角方程来更新解。这种方法在某些情况下可以快速收敛，但通常不如其他更复杂的迭代方法（如SOR）稳健。
  • SOR：SOR是另一种用于求解线性系统的迭代方法。它是Gauss-Seidel方法的改进版本，通过引入一个称为松弛参数的额外参数来加速收敛。
  • Inactive：不激活预处理器。
• 预处理器矩阵刷新间隔：设定矩阵迭代刷新间隔。
• 最大迭代次数：求解器允许的最大迭代次数。如果设置为0，则按算法执行值估计。

3.9 时间步&资源

在此选项卡中，用户可设定计算所需的资源和计算时间；

• 计算核数：定义仿真计算所需的计算核数；
• 最大计算时间：定义仿真的最大时间，超过该值就会自动停止计算。

3.10 后处理

在此选项卡中，用户可输出响应的结果；

• 物理场：可选择输出结果，包括位移、应力（柯西应力、冯米塞斯应力）、应变、力（节点力、节点反力）。

3.11 仿真结果

用户可在此选项卡中获得仿真计算之后的云图，而且可获得计算日志，便于用户的使用，同时当全部条件设定完成后可在本选项卡处点击开始计算按钮，会给用户显示项目的创建时间和结束时间。

动力学

动力学仿真是一种将有限元分析技术应用于模拟物体或系统在时间和空间上的动态行为的方法。它结合了有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）和动力学分析的技术，用于研究和预测物体在外部作用力下的运动和相互作用。可以帮助工程师和科学家理解和预测复杂系统的动态行为，优化设计方案，并解决实际工程和科学问题。

开始仿真

进入格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启动力学仿真

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择CAE产品-动力学分析，点击开始仿真按钮，开始仿真:

在弹出的创建工程窗口中输入工程名:

输入工程名称后，点击创建，进入动力学仿真界面:

动力学仿真模块树如图所示：

1. 产品手册

1.1 几何导入

用户可以在这里上传几何模型，模型格式建议为iges、step、brep、xao且大小不超过200M。

1.1.1 几何分组

用户可以在几何模型中创建点、线、面、体的分组。

1.2 网格导入

用户可通过点击网格，导入本地网格，格式建议为，med、inp、cdb、cgns且大小不超过200M。用户需预先把所需的载荷组与约束组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义组的点、线、面和体。
同时可以在此选项按照平台内置算法划分网格。

1.3 兴趣点设置

在此选项卡中，用户可定义兴趣点，以便在后续的结果展示中可直接查看兴趣点的计算结果。

1.4 线性接触

在模型建立时没有进行融合操作的结构都需要对其进行接触设置。线性接触指两个物体表面之间没有相对滑移，并且满足胡克定律，即力与位移成正比。
在此选项卡中，用户可选择绑定、相对滑动两种连接方法，并自定义接触位置和位置容差。

1.5 单元设置

在此选项卡中，可手动或自动选择设置三维完全积分单元或者三维缩减积分单元类型，以及网格阶数为一阶或者二阶。

1.6 材料设置

在此选项卡可选择大部分常用材料（如钢、铁、铝、玻璃、橡胶、陶瓷等金属和非金属材料），材料包含各自基础的力学特征，包含本构行为、密度、泊松比、杨氏模量等。

1.7 边界条件与载荷

用户可在边界条件与载荷选项卡中选择约束类型（固定支撑、位移约束、对称约束）和载荷类型（压强、面分布荷载、节点力载荷）。

1.8 仿真控制

在此选项卡中，用户可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。

1.8.1 求解器设置

用户可在求解器中选择不同的计算方法，选择不同的迭代方法和收敛准则。

1.8.2 动力学分析设置

在此选项卡主要可以设置动力学计算空间，包括物理空间和模态空间，同时可以设置动力学计算的时间增量和积分方法以及阻尼类型相关参数。

1.9 时间步&资源

可设置计算的核数以及最大计算时间。

1.10 结果配置

1.10.1 物理场

在此选项卡中，用户可根据需要选择特定的输出结果，包括位移、应力（柯西应力、冯米塞斯应力）、应变、力（节点力、节点反力）、速度、加速度，结果以云图方式展示。

1.10.2 兴趣点

在此选项中用户可以激活前面设置的兴趣点，并选择该点所对应的物理量。

1.11 仿真计算

当前面的所有设置均已完善后可在此处提交计算。

2. 教程案例

案例1-音叉动力学仿真

案例2-信号塔动力学仿真

案例3-桁架桥动力学仿真

案例4-混凝土拱坝动力学仿真

案例5-冷却塔动力学仿真

案例6-船只动力学仿真

案例7-火箭外壳动力学仿真

案例8-高层建筑动力学仿真

案例9-矩形闸门动力学仿真

案例10-发动机活塞动力学仿真

3. 设置项详解

3.1 几何

用户可从本地上传几何文件，上传后选项卡会展示几何外形，显示顶点数量、边线数量、环线数量和面数量等。

• 几何分组：上传几何文件后，用户需对几何进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。不分组自动画网格功能不能使用！

3.2 网格

用户可从本地上传网格文件，上传后选项卡会展示网格外形，显示单元数量、节点数量、边线数量和面数量等。上传网格文件前，用户需提前对模型进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。
用户也可将上传的几何文件在此处划分网格，生成.med文件。

• 类型：在此处选择用于计算的网格来源
  • 几何生成：将上传的几何文件剖分
  • 上传网格：直接导入外部网格模型
• 几何模型:当类型处选择“几何生成”时，此处默认的是导入几何的文件名。
• 网格划分方法：此处选择划分网格的算法。
  • 自动划分：平台自动生成四面体网格，只能调节网格密度。
  • 手动划分：可以调节网格的单元最大最小尺寸以及网格密度
• 网格划分精度：控制网格密度的滑块，0代表网格最粗糙，4代表网格最精细。
• 单元最大尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最大长度。
• 单元最小尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最小长度。

3.3 兴趣点

用户可在模型上选择兴趣点，以便在后续的结果展示中以列表形式查看兴趣点的结果。

• 点：通过三个坐标定义一个点。
• 球：通过三个坐标和半径定义一个球。
• 圆柱：可以设置半径、参考点坐标、坐标原点坐标。
• 笛卡尔盒子：可以设置最小值和最大值坐标。

3.4 线性接触

• 连接方法
  • 绑定：通过约束条件将两个物体或结构件紧密连接在一起，使其在仿真分析过程中保持稳定的相对位置和运动关系。
  • 相对滑动：许两个接触面在接触表面相切的平面上有位移，但不允许沿接触面法线方向有位移。
• 位置容差：从属面距主从面最近的距离，该选项会改变接触的区域大小。
  • 启用
  • 不启用
• 容差：启用位置容差后可在此处设置容差数值，用户自定义的浮点数。
• 主接触面位置：在选择主接触面时，必须选择体单元类型！！！
• 从接触面位置：从接触面选择另一个接触面。

3.5 单元设置

当单元设置为“自动”时，默认选择二阶、三维完全积分单元；当设置为“手动”时，用户可选择三维完全积分单元或三维缩减积分单元;当单元设置为“手动”时，用户可选择一阶或者二阶网格；

• 单元设置：
  • 自动
  • 手动
• 单元类型
  • 三维完全积分单元
  • 三维缩减积分单元
• 网格阶数
  • 一阶
  • 二阶

3.6 材料

材料选项卡中用户可定义全局的材料性能，包括材料本构行为（默认线弹性），杨氏模量、泊松比、密度，单位也可根据需要随时改变。
点击材料的加号按钮，用户可选择内置的不同材料，各项材料力学基本属性都已默认填写，同时可根据用户需要赋予所属模型网格。

3.7 边界条件与载荷

边界条件与载荷定义了系统与环境交互的方式，一般的，边界条件与载荷由三部分组成：边界类型、边界施加位置、边界条件值。
点击边界条件与载荷后的加号按钮可选择不同的边界条件；

• 面分布载荷：
  • 边界类型：面分布载荷
  • 面分布载荷设置：设定全局坐标系下的三个载荷分量，载荷可通过表格输入、公式输入两种方式输入。
  • 时间乘子：设置荷载与时间的关系
  • 施加位置：添加荷载的作用位置
• 压强：
  • 边界类型：压强
  • 压强设置：数值可通过表格输入、函数输入两种种方式输入。
  • 时间乘子：设置载荷与时间的关系
  • 施加位置：添加荷载的作用位置
• 节点力载荷
  • 边界类型：节点力载荷
  • 节点力设置：设定全局坐标系下的三个节点力载荷分量，载荷可通过表格输入、公式输入两种方式输入。
  • 时间乘子：设置荷载与时间的关系
  • 施加位置：添加荷载的作用位置
• 固定支撑：用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加6个自由度方向的固定约束。
• 位移约束：用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加3个平动自由度的位移，用户可通过勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的位移条件，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入。
• 对称约束：用户可在该选项卡中选择对应的面，该平面作为结构的对称平面。

3.8 求解器

3.8.1 求解器设置

求解器面板包含控制有限元动力学分析求解模型的方程求解器的一些设置，这些参数在大多数情况下都足够好，但用户可利用可选项来优化计算过程，提高速度、鲁棒性和精度。求解计算方法包含：MUMPS,LDLT,Multifrontal三种方法。

MUMPS：多用于大规模稀疏矩阵的直接求解，该选项卡有自己的一些特定设置

• 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定
• 奇异性检测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
• 矩阵类型：分为自动检测、非对称矩阵、对称不定矩阵、对称正定矩阵
• 是否进行预处理：用户可选择是否启用矩阵的预分析用以优化计算
• 矩阵重新编号方法：矩阵优化算法，对仿真计算的内存消耗有巨大影响：
  • AMD:使用近似最小度数方法
  • SCOTCH:是一个强大的重新编号工具，适用于大多数场景，是MUMPS的标准选项
  • AMF：使用近似最小填充方法
  • PORD:是MUMPS中包含的重新编号工具
  • QAMD:是自动检测准密集矩阵的AMD变体。
  • Automatic: MUMPS自动选择重新编号的方法
• 内存管理优先级：允许选择RAM与磁盘的使用情况
  • 自动：允许求解器决定最佳设置
  • 核内存储：通过将所有对象存储在内存中，优化计算时间。
  • 预估：在求解器日志中提供最佳设置
  • 核外存储：通过在内存外存储对象来优化内存使用

LDLT：对系数矩阵执行经典的高斯消去过程

• 奇异性检测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测

MULTIFRONTAL：系数矩阵分解法对矩阵进行LU或Cholesky分解，该方法的矩阵重新编号方法有两种方法

• 奇异性检测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
• 矩阵重新编号方法
  • MDA:对超过5000或者更大自由度的大模型选择此选项
  • MD：小模型选择此选项

3.8.2 动力学分析设置

用户在此选项卡可以设置动力学分析的相关设置。

• 计算空间
  • 物理空间：物理空间是描述物体运动状态、受力情况和碰撞等物理现象的基本框架。
  • 模态空间：模态空间则是指用模态来表征的模态坐标空间。具体来说，当对物理空间上的运动方程进行特征值求解和模态变换方程时，可以将这组物理空间上耦合的方程进行解耦，解耦后的方程为一组单自由度系统的运动方程，此时转换后的新坐标系统，就称为模态空间。模态空间使得我们更易于用单自由度系统去描述结构系统。
• 时间增量
  • 终止时间：需用户设置一个浮点数，用来限制动力学计算的最大时间。
  • 时间步长：需用户设置一个浮点数，此处数值应比终止时间设置的数值小。用来定义在仿真计算时的时间间隔，设置过大计算不易收敛，设置过小会消耗大量计算资源。
  • 时间积分方法
    • NEWMARK：NEWMARK时间积分方法是一种逐步积分的方法，用于在动力学仿真中求解结构的动态响应。这种方法避免了任何叠加的应用，能够很好地适应非线性的反应分析。NEWMARK时间积分方法假定在一个时间步长内，加速度和速度的变化规律是已知的，然后根据这些假设和初始条件，通过迭代计算来更新速度和位移。
      • BETA：该参数在求位移的时候起作用，用于控制位移的计算。当β取值为0时，也对应的是显式中心差分方案。而当β取值为0.25时，相当于假定在各时间步距内加速度反应为常数，其取值为步距始、末两点加速度反应的平均值。
      • GAMMA：该参数主要用于控制速度的计算。当γ取值为0.5时，对应的是显式中心差分方案，此时获得的是平均恒定加速度（中点规则）。通过选取不同的γ值，会形成不同的数值求解方法。
    • WILSON：WILSON时间积分方法（也称为Wilson-θ方法） 是一种隐式的数值积分方法，用于求解结构动力学中的运动方程。
      • Theta：一个大于1的参数（通常取值为1.3-1.5），使得在θΔt的时间间隔内，加速度假设为线性变化的。这个假设使得Wilson-θ方法具有无条件稳定的特性，也就是说，无论时间步长Δt取何值，方法都是稳定的。
• 阻尼设置：可以由用户决定是否考虑阻尼影响。
  • 瑞利阻尼：瑞利阻尼（Rayleigh Damping） 是一种在结构动力学分析中常用的阻尼模型，用于模拟结构的阻尼效应。其模型简单且易于实现，因此在许多工程应用中得到了广泛应用。然而，它也有一些局限性，比如不能准确地模拟所有类型的阻尼效应，特别是当结构具有复杂的阻尼特性时。
    • 刚度阻尼系数：用户需要设置一个浮点数，此数值是计算瑞利阻尼的必要参数。建议使用默认值。
    • 质量阻尼系数：用户需要设置一个浮点数，此数值是计算瑞利阻尼的必要参数。建议使用默认值。
  • 模态阻尼：在振动系统中，当振动物体受到外力作用而产生振动时，振动会随着时间逐渐衰减，而模态阻尼是用于描述这种振动衰减的一种阻尼方式。模态阻尼常用百分比表示，可以通过实验测量或计算得到。
• 模态提取空间：此选项是模态空间特有的设置项，主要用于限制动力学计算时提取模态的频率
  • 区间下限：频率最小值，用户设置一个浮点数。
  • 区间上限：频率最大值，用户设置一个浮点数，数值应比区间下限大。
• 静模态修正：指对结构在静态条件下的模态参数进行修正，以更准确地描述其动态行为。

3.9 时间步&资源

• 用户可在此处设定计算所需的资源和计算时间
  • 计算核数：用户可定义仿真计算所需的计算核数。
  • 最大计算时间：定义仿真的最大时间，超过该值就会自动停止计算。

3.10结果配置

在此选项卡中，用户可选择输出响应的结果；

• 物理场：可选择输出结果，包括位移、应力（柯西应力、冯米塞斯应力）、应变、力（节点力、节点反力）、速度、加速度。
• 兴趣点结果提取：以折线图形式展示之前所选兴趣点的结果。

3.11仿真结果

用户可在此选项卡中查看仿真计算之后的云图，以及激活的兴趣点的相关结果。

冶金分析

冶金分析是一门专业性很强的分析化学，主要研究冶金生产过程中各种物料的组成及其含量的测定方法和有关理论。它对原料的选择、冶炼前的炉料计算、冶炼工艺流程的控制、产品的检验、新产品的试制，以及冶金工厂中环保分析等方面都是必不可少的。

冶金分析是一门多学科交叉的技术科学，它以解决冶金过程及材料研究、生产中的质量控制和性能判据为目标。随着冶金及材料科学的技术进步，冶金分析所面临的课题已经从化学组成的测定，扩展至状态分析、过程响应、统计分布以及与冶金过程控制及材料性能相关的参数的分析。

开始仿真

进入格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启动力学仿真

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择CAE产品-冶金分析，点击开始仿真按钮，开始仿真:

在弹出的创建工程窗口中输入工程名:

输入工程名称后，点击创建，进入冶金分析仿真界面:

冶金分析模块树如图所示：

1. 产品手册

1.1 几何导入

用户可以在这里上传几何模型，模型格式建议为iges、step、brep、xao且大小不超过200M。

1.1.1 几何分组

用户可以在几何模型中创建点、线、面、体的分组。

1.2 网格导入

用户可通过点击网格，导入本地网格，格式建议为，med、inp、cdb、cgns且大小不超过200M。用户需预先把所需的载荷组与约束组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义组的点、线、面和体。
同时可以在此选项按照平台内置算法划分网格。

1.3 单元设置

在此选项卡中，可手动或自动选择设置三维完全积分单元或者三维缩减积分单元类型，以及网格阶数为一阶或者二阶。

1.4 分析设置

在此选项用户可以打开或者关闭“考虑金属相变的力学分析”选项，此选项的开关决定着后面的分析是否考虑材料的力学特性。

1.5 材料设置

在此选项卡默认使用金属材料本构为标准16MND5钢，材料参数包含其基础的力学和热学特征，包含密度、泊松比、杨氏模量、热导率、比热容、传导特性、材料硬度等。

1.6 时间步

此处可以设置热学计算的时间步，包含时间、时间步数。

1.7 边界条件与载荷

用户可在边界条件与载荷选项卡中选择热学边界（边界温度、表面热流、热对流、热源）和力学边界（固定支撑、位移约束、面分布载荷、压强）。

1.8 初始条件

在此选项卡中，用户可设置初始温度以及初始金相的比例。

1.9 求解器设置

用户可在求解器中选择不同的计算方法，选择不同的迭代方法和收敛准则。

1.10 时间步&资源

可设置计算的核数以及最大计算时间。对于考虑力学特性的设置还可以设置时间步长、迭代方法、写入时间步等。

1.11 结果配置

在此选项卡中，用户可根据需要选择特定的输出结果，包括位移、应力（等效应力、总应力、主应力、冯米塞斯应力）、应变、热通量、温度、金相比例，结果以云图方式展示。

1.12 仿真计算

当前面的所有设置均已完善后可在此处提交计算。计算成功后，可在此处查阅相关物理量的结果云图。

2. 教程案例

案例1-钢结构厂房失火后金相变化及力学性能分析

案例2-链轮轴承热处理仿真分析

案例3-桁架桥失火后稳定性分析

案例4-火箭升空过程中外壳金相变化分析

案例5-压力容器制作过程中的力学性能分析

案例6-劈刀锻造模拟分析

案例7-三通管道锻造过程中的力学性能分析

案例8-涡轮机锻造过程中金相比例分析

案例9-工业连接件锻造过程中的力学性能分析

案例10-汽车轮辋锻造过程中的力学性能分析

3. 设置项详解

3.1 几何

用户可从本地上传几何文件，上传后选项卡会展示几何外形，显示顶点数量、边线数量、环线数量和面数量等。

• 几何分组：上传几何文件后，用户需对几何进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。不分组自动画网格功能不能使用！

3.2 网格

用户可从本地上传网格文件，上传后选项卡会展示网格外形，显示单元数量、节点数量、边线数量和面数量等。上传网格文件前，用户需提前对模型进行分组，以便在后续的仿真分析中选择所需的点、线和面。
用户也可将上传的几何文件在此处划分网格，生成.med文件。

• 类型：在此处选择用于计算的网格来源
  • 几何生成：将上传的几何文件剖分
  • 上传网格：直接导入外部网格模型
• 几何模型:当类型处选择“几何生成”时，此处默认的是导入几何的文件名。
• 网格划分方法：此处选择划分网格的算法。
  • 自动划分：平台自动生成四面体网格，只能调节网格密度。
  • 手动划分：可以调节网格的单元最大最小尺寸以及网格密度
• 网格划分精度：控制网格密度的滑块，0代表网格最粗糙，4代表网格最精细。
• 单元最大尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最大长度。
• 单元最小尺寸：手动划分时，用户可以自定义单元的最小长度。

3.3 单元设置

当单元设置为“自动”时，默认选择二阶、三维完全积分单元；当设置为“手动”时，用户可选择三维完全积分单元或三维缩减积分单元;当单元设置为“手动”时，用户可选择一阶或者二阶网格；

• 单元设置：
  • 自动
  • 手动
• 单元类型
  • 三维完全积分单元
  • 三维缩减积分单元
• 网格阶数
  • 一阶
  • 二阶

3.4 分析设置

• 考虑金属相变的力学分析：用户可以自行选择是否打开此开关，打开后分析类型为热学、力学分析，关闭则只进行热学计算。

3.5 材料

• 材料本构行为：材料本构是描述材料力学性质的数学模型，它通过建立材料应力与应变之间的关系来描述材料的变形和破坏行为。默认使用标准16MND5钢。
• 密度：密度是指单位体积内物质的质量，它是物质的一种基本属性，不随形状、空间位置的变化而变化，随物质的状态、温度、压强的变化而变化。用户可自行设置。
• 比热容：它是单位质量物质的热容量，即单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量。用户可自行设置。
• 传导特性
  • 各向同性：指物质的全部化学、物理等性质不会随着方向的改变而变化。
  • 各向异性：指物质的全部或部分化学、物理等性质随着方向的改变而有所变化，在不同的方向上呈现出差异的性质。
• 热导率：是表示材料热传导能力大小的物理量。由用户自行设置。
• 材料硬度：定义物质不同金相的硬度，由用户决定是否打开开关。
  • 奥氏体的微观硬度：由用户定义其数值。
  • 铁素体的微观硬度：由用户定义其数值。
  • 珠光体的微观硬度：由用户定义其数值。
  • 贝氏体的微观硬度：由用户定义其数值。
  • 马氏体的微观硬度：由用户定义其数值。

以下是在“分析设置”打开开关后的材料力学性能的设置。

• 冷相弹性极限：冷相弹性极限是指金属材料在冷态下（即无外部热源加热的条件下）所能承受的最大弹性变形量，超过这个极限后，材料将发生塑性变形或断裂。此数据与温度相关，用户需要通过表格来定义其与温度的关系。
• 热相弹性极限：指的是材料在经历温度变化时，其弹性行为能够保持的最大范围或临界点。此数据与温度相关，用户需要通过表格来定义其与温度的关系。
• 冷相平均热膨胀系数：用来描述材料在低温范围内的平均热膨胀行为。此数据与温度相关，用户需要通过表格来定义其与温度的关系。
• 热相平均热膨胀系数：指材料在特定温度范围内，单位温度变化导致的长度或体积的平均相对变化量。此数据与温度相关，用户需要通过表格来定义其与温度的关系。
• 参考相：通过此选项可以确定相关参数使用哪一套。
  • 热相
  • 冷相
• 杨氏模量：它是应力（在弹性变形范围内）与应变之比，模量的大小表征了材料的刚性，模量越大，表示材料的刚性越强。由用户定义其数值。
• 泊松比：泊松比也被称为横向变形系数或横向应变系数，是材料在单向受拉或受压时，横向正应变与轴向正应变的比值。由用户定义其数值。
• 混合法则更改：系统默认设置，建议使用推荐数值。
• 参考温度下参考相与非参考相形变差异：建议使用默认数值。
• 定义膨胀系数的温度：定义材料发生形变的最低温度，由用户自定义。
• 热相等向硬化模量：被用来描述材料在热处理或热变形过程中，由于等向硬化（即材料在各个方向上均匀硬化）而表现出的某种模量特性。此数据与温度相关，用户需要通过表格来定义其与温度的关系。
• 冷相等向硬化模量：用来描述材料在冷加工（如冷拔、冷轧等）过程中，由于等向硬化效应而展现出的某种模量特性。此数据与温度相关，用户需要通过表格来定义其与温度的关系。
• 相变塑性：指在应力及相变同时存在的情况下产生的可被观察到的塑性应变，即使其等效应力低于母相屈服强度。
  • 标准化函数：建议使用推荐数值不用更改。
  • 铁素体模型常数：建议使用推荐数值不用更改。
  • 珠光体模型常数：建议使用推荐数值不用更改。
  • 贝氏体模型常数：建议使用推荐数值不用更改。
  • 马氏体模型常数：建议使用推荐数值不用更改。
• 参考温度：在热分析中，参考温度是在没有定义初始温度时，在分析的第一个子步给模型施加的一个均匀温度场的温度。它主要用于热应力分析的参考基准，因为求热应力需要先求温度差，求温度差就需要这个参考温度作为减数。由用户自定义其数值。

3.6 时间步

在此处表格可以设置时间与时间步，主要用于求解热学结果。

3.7 边界条件与载荷

边界条件与载荷定义了系统与环境交互的方式，一般的，边界条件与载荷由三部分组成：边界类型、边界分配、边界条件值。
边界类型：点击边界条件与载荷旁的加号按钮可选择不同的边界条件；

• 边界温度

  • 边界类型：边界温度
  • 温度：设置施加位置的温度信息，用户可以通过直接输入数值或者通过表格形式输入。
  • 施加位置：定义边界作用的位置

• 表面热流：

  • 边界类型：表面热流
  • 热通量：单位时间每单位面积的能量流量。由用户自定义数值，通过表格输入。
  • 施加位置：定义边界作用的位置。

• 热对流

  • 边界类型：热对流
  • 环境温度：由用户自定义数值，通过表格输入。
  • 热传导系数：衡量材料导热能力的指标，由用户根据材料的性能来定义，通过表格输入。
  • 施加位置：定义边界作用的位置。

• 热源

  • 边界类型：热源
  • 生热率：单位体积内热源的发热量，由用户自定义，通过表格输入。
  • 施加位置：定义边界作用的位置。

• 固定支撑：用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加6个自由度方向的固定约束。

• 位移约束：用户可在该选项卡中选择对应的体、面、线、点施加3个平动自由度的位移，用户可可通过勾选对应方向的选择框来自由选择所需方向的位移条件，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方法输入。

• 面分布载荷

  • 边界类型：面分布载荷
  • 面分布载荷：用户可在此处自定义三个方向的分量值，数值可通过直接输入值、表格输入、公式输入三种方式输入；
  • 施加位置：选取载荷所作用的位置。

• 压强

  • 边界类型：压强
  • 压强：用户可在该选项卡中选择需要的面单元施加压强，压强方向默认为施加平面的内法线方向，数值可通过直接输入值、表格输入、函数输入三种方式输入;
  • 施加位置：荷载所作用的位置。

3.8 初始条件

• 温度：由用户自定义计算开始时的温度值，是热学计算的必要参数。
• 奥氏体晶粒大小：定义物质成分的粒子大小，建议使用默认参数值。
• 铁素体比例：由用户自定义比例值，大小在0-1之间，与其他四种金相比例之和必须为1。
• 珠光体比例：由用户自定义比例值，大小在0-1之间，与其他四种金相比例之和必须为1。
• 贝氏体比例：由用户自定义比例值，大小在0-1之间，与其他四种金相比例之和必须为1。
• 马氏体比例：由用户自定义比例值，大小在0-1之间，与其他四种金相比例之和必须为1。
• 奥氏体比例：由用户自定义比例值，大小在0-1之间，与其他四种金相比例之和必须为1。

3.9 求解器

求解器面板包含控制方程求解器的一些设置，包括算法选择、残差和阈值类型、最大迭代次数、时间积分等方案，以下会对每种设置及其过程机械阐述，这些参数在大多数情况下都足够好，但用户可利用可选项来优化计算过程，提高速度、鲁棒性和精度。求解计算方法包含：MUMPS,LDLT,Multifrontal,PETSC四种方法。

• MUMPS
  多用于大规模稀疏矩阵的直接求解，该选项卡有自己的一些特定设置
  • 载荷对称选项：打开用于强制结构的刚度矩阵为对称矩阵。
  • 矩阵类型
    • 自动检测
    • 非对称矩阵
    • 对称不定矩阵
  • 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定
  • 矩阵过滤阈值：默认选择-1
  • 单精度：可选择开启或关闭
  • 是否进行预处理：用户可选择是否启用矩阵的预分析用以优化计算
  • 矩阵重新编号方法：矩阵优化算法，对仿真计算的内存消耗有巨大影响：
    • AMD:使用近似最小度数方法
    • SCOTCH:是一个强大的重新编号工具，适用于大多数场景，是MUMPS的标准选项
    • AMF：使用近似最小填充方法
    • PORD:是MUMPS中包含的重新编号工具
    • QAMD:是自动检测准密集矩阵的AMD变体。
    • Automatic: MUMPS自动选择重新编号的方法
  • 分布式矩阵存储：如果启用，矩阵存储将在不同的进程中拆分，禁用则为每个进程保存一份矩阵副本
  • 内存管理优先级：允许选择RAM与磁盘的使用情况
    • 自动：允许求解器决定最佳设置
    • 核内存储：通过将所有对象存储在内存中，优化计算时间。
    • 评估：在求解器日志中提供最佳设置
    • 核外存储：通过在内存外存储对象来优化内存使用
  • 非线性分辨率类型：在牛顿算法中选择
    • 牛顿：在每个加载步中，使用经典的完全‘精确’方法解析非线性方程组
    • 牛顿-克里洛夫：使用‘近似’方法，利用线性方程迭代来节省时间
  • 收敛性准则：选择用于评估牛顿迭代收敛性的残差定义。
    • 相对的：将内外力不平衡归一化为外力大小来计算残差
    • 绝对的：直接与残差作比较。
    • 自适应：同时使用相对和绝对的标准，在每次牛顿迭代时，默认使用相对标准，若外部载荷消失，则使用‘绝对’标准。
  • 相对精度：相对收敛标准的评价指标，由用户自定义一个浮点数。
  • 绝对精度：绝对收敛标准的评价指标，由用户自定义一个浮点数。
  • 预测矩阵：选择每个加载步中第一次迭代时使用的刚度矩阵
    • 切线矩阵：在计算矩阵时考虑系统中的非线性
    • 弹性矩阵：在计算矩阵时只考虑系统的弹性模量。
  • 雅可比矩阵：
    • 切线矩阵：在计算矩阵时考虑系统中的非线性
    • 弹性矩阵：在计算矩阵时只考虑系统的弹性模量。
  • 最大牛顿迭代：每个加载步允许的迭代次数
  • 依迭代更新：在经过迭代次数后将重新计算雅可比矩阵
  • 依增进更新：在经过加载步后将重新计算雅可比矩阵
  • 改变雅可比矩阵：开启时，如果在加载过程中时间步长低于给定阈值，则选择将雅可比矩阵从切线改为弹性矩阵
  • 牛顿方法收敛协助：用于帮助牛顿法的收敛，特别是在不使用雅可比正切矩阵时。
• LDLT
  LDLT对系数矩阵执行经典的高斯消去过程
  • 载荷对称选项：打开用于强制结构的刚度矩阵为对称矩阵。
  • 非线性分辨率类型：在牛顿算法中选择
    • 牛顿：在每个加载步中，使用经典的完全‘精确’方法解析非线性方程组
    • 牛顿-克里洛夫：使用‘近似’方法，利用线性方程迭代来节省时间
  • 收敛性准则：选择用于评估牛顿迭代收敛性的残差定义。
    • 相对的：将内外力不平衡归一化为外力大小来计算残差
    • 绝对的：直接与残差作比较。
    • 自适应：同时使用相对和绝对的标准，在每次牛顿迭代时，默认使用相对标准，若外部载荷消失，则使用‘绝对’标准。
  • 相对精度：相对收敛标准的评价指标，由用户自定义一个浮点数。
  • 绝对精度：绝对收敛标准的评价指标，由用户自定义一个浮点数。
  • 预测矩阵：选择每个加载步中第一次迭代时使用的刚度矩阵
    • 切线矩阵：在计算矩阵时考虑系统中的非线性
    • 弹性矩阵：在计算矩阵时只考虑系统的弹性模量。
  • 雅可比矩阵：
    • 切线矩阵：在计算矩阵时考虑系统中的非线性
    • 弹性矩阵：在计算矩阵时只考虑系统的弹性模量。
  • 最大牛顿迭代：每个加载步允许的迭代次数
  • 依迭代更新：在经过迭代次数后将重新计算雅可比矩阵
  • 依增进更新：在经过加载步后将重新计算雅可比矩阵
  • 改变雅可比矩阵：开启时，如果在加载过程中时间步长低于给定阈值，则选择将雅可比矩阵从切线改为弹性矩阵
  • 牛顿方法收敛协助：用于帮助牛顿法的收敛，特别是在不使用雅可比正切矩阵时。
  • 奇异性监测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
  • 检测到奇异时是否停止：打开则会开启评估，当矩阵奇异性评估结果为正，则停止计算，对于非线性解，可用牛顿准则代替。
• MULTIFRONTAL
  系数矩阵分解法对矩阵进行LU或Cholesky分解。
  • 载荷对称选项：打开用于强制结构的刚度矩阵为对称矩阵。
  • 矩阵重新编号方法
    • MDA:对超过5000或者更大自由度的大模型选择此选项
    • MD：小模型选择此选项
  • 非线性分辨率类型：在牛顿算法中选择
    • 牛顿：在每个加载步中，使用经典的完全‘精确’方法解析非线性方程组
    • 牛顿-克里洛夫：使用‘近似’方法，利用线性方程迭代来节省时间
  • 收敛性准则：选择用于评估牛顿迭代收敛性的残差定义。
    • 相对的：将内外力不平衡归一化为外力大小来计算残差
    • 绝对的：直接与残差作比较。
    • 自适应：同时使用相对和绝对的标准，在每次牛顿迭代时，默认使用相对标准，若外部载荷消失，则使用‘绝对’标准。
  • 相对精度：相对收敛标准的评价指标，由用户自定义一个浮点数。
  • 绝对精度：绝对收敛标准的评价指标，由用户自定义一个浮点数。
  • 预测矩阵：选择每个加载步中第一次迭代时使用的刚度矩阵
    • 切线矩阵：在计算矩阵时考虑系统中的非线性
    • 弹性矩阵：在计算矩阵时只考虑系统的弹性模量。
  • 雅可比矩阵：
    • 切线矩阵：在计算矩阵时考虑系统中的非线性
    • 弹性矩阵：在计算矩阵时只考虑系统的弹性模量。
  • 最大牛顿迭代：每个加载步允许的迭代次数
  • 依迭代更新：在经过迭代次数后将重新计算雅可比矩阵
  • 依增进更新：在经过加载步后将重新计算雅可比矩阵
  • 改变雅可比矩阵：开启时，如果在加载过程中时间步长低于给定阈值，则选择将雅可比矩阵从切线改为弹性矩阵
  • 牛顿方法收敛协助：用于帮助牛顿法的收敛，特别是在不使用雅可比正切矩阵时。
  • 奇异性监测精度：设置矩阵奇异性评估的数值精度，如果设置负值则关闭监测
  • 检测到奇异时是否停止：打开则会开启评估，当矩阵奇异性评估结果为正，则停止计算，对于非线性解，可用牛顿准则代替。
• PETSC
  使用可移植、可扩展的科学计算工具包中的不同算法和组件。
  • 载荷对称选项：打开用于强制结构的刚度矩阵为对称矩阵。
  • 矩阵优化内存分配率：用于数据透视操作估计量之上保留的内存比例设定
  • 分布式矩阵存储：如果启用，矩阵存储将在不同的进程中拆分，禁用则为每个进程保存一份矩阵副本
  • 非线性分辨率类型：在牛顿算法中选择
    • 牛顿：在每个加载步中，使用经典的完全‘精确’方法解析非线性方程组
    • 牛顿-克里洛夫：使用‘近似’方法，利用线性方程迭代来节省时间
  • 收敛性准则：选择用于评估牛顿迭代收敛性的残差定义。
    • 相对的：将内外力不平衡归一化为外力大小来计算残差
    • 绝对的：直接与残差作比较。
    • 自适应：同时使用相对和绝对的标准，在每次牛顿迭代时，默认使用相对标准，若外部载荷消失，则使用‘绝对’标准。
  • 相对精度：相对收敛标准的评价指标，由用户自定义一个浮点数。
  • 绝对精度：绝对收敛标准的评价指标，由用户自定义一个浮点数。
  • 预测矩阵：选择每个加载步中第一次迭代时使用的刚度矩阵
    • 切线矩阵：在计算矩阵时考虑系统中的非线性
    • 弹性矩阵：在计算矩阵时只考虑系统的弹性模量。
  • 雅可比矩阵：
    • 切线矩阵：在计算矩阵时考虑系统中的非线性
    • 弹性矩阵：在计算矩阵时只考虑系统的弹性模量。
  • 最大牛顿迭代：每个加载步允许的迭代次数
  • 依迭代更新：在经过迭代次数后将重新计算雅可比矩阵
  • 依增进更新：在经过加载步后将重新计算雅可比矩阵
  • 改变雅可比矩阵：开启时，如果在加载过程中时间步长低于给定阈值，则选择将雅可比矩阵从切线改为弹性矩阵
  • 牛顿方法收敛协助：用于帮助牛顿法的收敛，特别是在不使用雅可比正切矩阵时。
  • 算法：选择求解算法
    • CG:共轭梯度
    • CR:共轭残差
    • GCR:广义共轭残差
    • GMRES:最小广义残差，是鲁棒性和速度之间的最佳折衷
  • 预处理器类型：选择算法以计算和重新调整矩阵用以寻找最优解
    • MUMPS LDLT:单精度完全Cholesky分解
    • Incomplete LDLT：是另一种针对对称矩阵的分解方法，但与Cholesky分解不同。
    • Jacobi：Jacobi迭代法是一种用于求解线性系统的迭代方法。它基于矩阵的分裂（通常是将矩阵分解为对角矩阵和剩余部分），并在每一步中通过求解对角方程来更新解。这种方法在某些情况下可以快速收敛，但通常不如其他更复杂的迭代方法（如SOR）稳健。
    • SOR：SOR是另一种用于求解线性系统的迭代方法。它是Gauss-Seidel方法的改进版本，通过引入一个称为松弛参数的额外参数来加速收敛。
    • Inactive：不激活预处理器。
  • 预处理器刷新时间：设定矩阵迭代刷新间隔
  • 最大迭代次数：求解器允许的最大迭代次数。如果设置为0，则按算法执行值估计。
  • 相对残差收敛阈值：残差值，如果再迭代之后，残差低于该值，算法结束。

3.10 时间步&资源

• 计算核数：用户可定义仿真计算所需的计算核数。
• 最大计算时间：定义仿真的最大时间，超过该值就会自动停止计算。
• 时间步定义方式
  • 自动：可使用自适应的时间步长方案选择此选项，该选项会在每次计算发生错误时将当前时间步长细分为更小的时间步长，通过使用较小的时间步长来客服大多数收敛问题。
  • 手动：用户可在此选项中根据自己的需要定义时间步长，但若时间步长相对于计算结果的变化太大，则会导致收敛问题。
• 结束时间：仿真模拟结束的时间
• 最大时间步长：在执行步长切割之前定义仿真的初始时间步长定义，这里的使用方法与线性分析的时间步长设置一致，用户可参阅上面的相关设定
• 最小时间步长：任何细分时间步长的最小时间步长间隔。
• 最大残差：在出现发散误差之前，牛顿迭代的最大允许残差。
• 时间步切割策略：选择触发时间步细分的情况
  • 计算出错：发散或者矩阵奇异
  • 发生接触：接触从打开变为关闭
  • 物理场变化：给不同的物理场更改特定的阈值
  • 非单调残差变化：在最近的三次迭代中，残差没有减少，这允许通过尽早减少牛顿迭代来节省计算时间。
• 时间步切割计算：选择计算较小时间步长的方法。
  • 手动计算：可用于计算出错、发生接触、非单调残差变化的选项，根据固定细分选项的给定参数，将当前时间步长细分为相等间隔的步长，此外在给定的情况下，通过固定扩增选项中的参数，将时间步长加大来节省计算时间
  • 根据迭代次数：用于错误、非单调残差变化。求解器根据最新的一个时间步长残差变化，估计在收敛之前达到牛顿迭代目标值所需的时间步长。
• 牛顿迭代次数附加百分比：若残差单调减少，且预计在给定的附加次数内达到阈值，则允许求解器在当前时间保持迭代，允许的额外迭代次数为求解器选项中指定的最大牛顿迭代次数的百分比。
• 牛顿迭代次数阈值：触发固定扩增的标准，若上个时间步，在低于该参数的牛顿迭代次数中实现收敛，则时间步长将增加。
• 时间步增长比例：时间步长增加的百分比。
• 结果写入时间步
  • 分隔选取：通过跳过固定数量的时间步来输出时间，由输出频率控制。
  • 所有计算时间步：写入所有计算时间步长，包括细分的时间步长。
  • 初始时间步长：输出写入在‘最大时间步长’中定义的时间步长。
  • 自定义：用户可手动输入输出的时间步长。
• 写入时间步长：结果写入时间步选择自定义时，会出现此选项。用户可设置输出结果的步长。
• 输出频率：结果写入时间步选择分割选取时，会出现此选项。用户可设置输出结果的步长。
• 切分段数：当前时间步长的等分份数。
• 最大切分次数：执行细分的最大次数。

3.11 结果配置

在此选项卡中，用户可选择输出响应的结果；

• 物理场：可选择输出结果，包括位移、应力（等效应力、总应力、主应力、冯米塞斯应力）、应变、热通量、温度、金相比例。

3.12 仿真结果

用户可在此选项卡中提交计算，计算成功后查看仿真计算之后的云图。

流体力学仿真

不可压缩流体仿真

使用格物云CAE的不可压缩流模块，可以对不可压缩流体的流动进行仿真。不可压缩流体的密度变化忽略不计，一般情况下，该假设在流体的速度和温度梯度非常小时成立。不可压缩模块基于有限体积法求解Navier-Stokes方程组，可以处理多种不同类型的边界条件，并且搭载了丰富的湍流模型，可以对不可压缩流体的稳态和瞬态流动进行模拟。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启不可压缩流体流动仿真！

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择流体仿真-不可压缩流体仿真，进入不可压缩流体仿真介绍截面：

点击介绍文本下方蓝色开始仿真按钮，弹出创建工程窗口:

输入工程名称后，点击创建，进入不可压缩流体仿真界面:

不可压缩流体仿真模块树如图所示：

1. 全局设置

在不可压缩流体仿真选项卡中，可以对整体的湍流模型及算法进行设置，包含了湍流模型、时间格式以及速度-压力算法等。当选择特定湍流模型时，还需要进行长度尺度或速度尺度的设置。如果想看到更加详细的湍流模型介绍，请点击[湍流模型]

2. 网格

在网格选项卡中，可导入软件默认的网格格式(med/inp/cbd/cgns)，用户需预先把所需的边界面组和体组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义的面组和体组。

3. 全局模型

在全局设置选项卡中，可以定义仿真区域的重力加速度及方向。

4. 材料

在材料选项卡中，可以计算流体选择为常用的流体介质，如水、空气、氧气、氢气等，包括粘性模型、动力粘度、密度。同时也支持用户自定义流体物性。

5. 初始条件

在初始条件选项卡中，可以为流体域赋予一个初始状态，即初始时刻流场的速度及湍流值的定义。 如果想看到详细的初始条件设置介绍请点击[初始条件]

6. 边界条件

在边界条件选项卡中，可以基于网格内的边界面，为流体域的边界指定边界条件，如入口、出口、壁面、对称面等。

7. 体组

在体组选项卡中，可以基于网格模型中预定义的体组，为流体域中的特定区域指定多孔介质模型，或者添加动力源项和压头损失。

8. 求解器

在求解器选项卡中，用户还可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。如果想看到选择和设置求解器的详细说明设置介绍请点击[求解器设置]

在总体求解设置选项卡中，可启闭或选择不同的求解策略设置，例如梯度重建类型、相邻网格拓展方式、压力松弛因子更改、密度变化算法等。

在方程求解设置选项卡中，可对流体方程待求解参数的求解器、残差，以及它们的的求解格式进行设置。

9. 时间步&资源

在时间步&资源选项卡中，可对时间步和时间步长进行定义，同时可指定仿真计算需要调用的计算核数和后处理结果的输出频率。

10. 结果配置

在结果配置选项卡中，可以设置输出指定物理量时间平均结果，选择输出的体数据物理量或面数据物理量，设置监测线或监测点上指定物理量的变化过程

11. 仿真计算

在所有的仿真参数和条件设置完成后，可以在仿真计算选项卡中提交仿真计算。

当计算结束时，用户可以查看流场内物理场的云图结果，包括速度场、压力场等。同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

教程案例

案例1-带倾角叶片周边流场仿真

案例2-Ahmed汽车外流场

案例3-核反应堆燃料棒束子通道流场大涡模拟

案例4-绕太阳能电池板流动

案例5-二维核反应堆堆内流场仿真

案例6-发动机缸内流动

案例7-圆柱绕流

案例8-旋流器流场仿真

流动传热仿真

格物云CAE的流动传热仿真模块基于不可压缩流模块进行开发，具备对流体的热传导、对流以及热辐射过程的精确建模与模拟，也支持热流固耦合计算，提供全面的流动传热分析。流动传热仿真模块结合了计算流体力学和数值传热学的原理，通过数值模拟自然对流、强制对流以及热辐射传导过程，从而揭示流场内部与内部、内部与外界的能量传递现象。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启流动传热仿真！

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择流体仿真-流动传热仿真，进入流动传热仿真介绍截面：

点击介绍文本下方蓝色开始仿真按钮，弹出创建工程窗口:

输入工程名称后，点击创建，进入流动传热仿真界面:

流动传热仿真模块树如图所示：

1. 全局设置

在流动传热仿真选项卡中，可以对整体的湍流模型、时变特性及算法进行设置，包含了湍流模型、时间格式以及速度-压力算法等，还可以选择辐射换热模型。当选择特定湍流模型时，还需要进行长度尺度或速度尺度的设置。如果想看到更加详细的湍流模型介绍，请点击[湍流模型]。

2. 几何

在几何选项卡中，可直接导入软件默认的几何模型(iges/step/brep/xao)，并进行面组或者体组的划分，以便于后续进行网格划分。

3. 网格

在网格选项卡中，可基于几何选项卡内已导入的几何模型，直接进行划分设置，进行网格划分。也可选择自主导入软件默认的网格格式(med/inp/cbd/cgns)，用户需预先把所需的边界面组和体组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义的面组和体组。

4. 全局模型

在全局模型选项卡中，可以定义仿真区域的重力加速度及方向。

5. 材料

在材料选项卡中，可以计算流体选择为常用的流体介质，如水、空气、氧气、氢气等，包括粘性模型、动力粘度、密度、定压比热容和导热系数。同时也支持用户自定义流体物性。

6. 初始条件

在初始条件选项卡中，可以为流体域赋予一个初始状态，即初始时刻流场的速度、温度及湍流值的定义。如果想看到详细的初始条件设置介绍请点击[初始条件]。

7. 边界条件

在边界条件选项卡中，可以基于网格内的边界面，为流体域的边界指定边界条件，如入口、出口、壁面、对称面等。同时，也需指定相应热力学边界条件，例如第一类、二类边界条件等。

8. 体组

在体组选项卡中，可以基于网格模型中预定义的体组，为流体域中的特定区域指定多孔介质模型，或者添加动力源项、压头损失和热源。同时，该选项卡支持进行固体区域的定义，赋予该固体温度、定压比热容和热导率。

9. 求解器

在求解器选项卡中，用户还可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。如果想看到选择和设置求解器的详细说明设置介绍请点击[求解器设置]。

在总体求解设置选项卡中，可启闭或选择不同的求解策略设置，例如梯度重建类型、相邻网格拓展方式、压力松弛因子更改、密度变化算法等。

在方程求解设置选项卡中，可对流体方程待求解参数的求解器、残差，以及它们的的求解格式进行设置。

10. 时间步&资源

在时间步&资源选项卡中，可对时间步和时间步长进行定义，同时可指定仿真计算需要调用的计算核数和后处理结果的输出频率。

11. 结果配置

在结果配置选项卡中，可以设置输出指定物理量时间平均结果，选择输出的体数据物理量或面数据物理量，设置监测线或监测点上指定物理量的变化过程。

12. 仿真计算

在所有的仿真参数和条件设置完成后，可以在仿真计算选项卡中提交仿真计算。

当计算结束时，用户可以查看流场内物理场的云图结果，包括速度场、压力场、温度场等。同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

教程案例

案例 1 - 水龙头温度搅浑

案例 2 - 室内暖气扩散

案例 3 - 热驱动方腔流

案例 4 - 旋流器流场仿真

案例 5 - 电子芯片冷却

案例 6 - 三维冷热流体管内分层流

案例 7 - 二维核反应堆堆内流场仿真

案例 8 - 三通水管冷热流体混合

案例 9 - 90°管内流动与传热

案例 10 - 错流式换热器

标量运输仿真

使用格物云CAE的不可压缩流模块，可以对自定义标量进行标量运输方程的求解，计算自定义标量随流场运动、扩散的演变过程，可以用于模拟室内外污染物扩散的过程等。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启不可压缩流体流动仿真！

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择流体仿真-标量运输仿真，进入标量运输仿真介绍界面：

点击介绍文本下方蓝色开始仿真按钮，弹出创建工程窗口:

输入工程名称后，点击创建，进入标量运输仿真界面:

标量运输流体仿真模块树如图所示：

1. 全局设置

在标量运输流体仿真选项卡中，可以对整体的湍流模型及算法进行设置，包含了湍流模型、时间格式以及速度-压力算法等。当选择特定湍流模型时，还需要进行长度尺度或速度尺度的设置。如果想看到更加详细的湍流模型介绍，请点击[湍流模型]。同时可以通过温度计算开关开启温度计算，流动传热相关设置和教程请查看流动传热

2. 网格

在网格选项卡中，可导入软件默认的网格格式(med/inp/cbd/cgns)，用户需预先把所需的边界面组和体组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义的面组和体组。

3. 全局模型

在全局模型选项卡中，可以定义仿真区域的重力加速度及方向。

4. 标量设置

在标量设置选项卡中，可以定义多个具有不同扩散系数的自定义标量。

5. 材料

在材料选项卡中，可以计算流体选择为常用的流体介质，如水、空气、氧气、氢气等，包括粘性模型、动力粘度、密度。同时也支持用户自定义流体物性。

6. 初始条件

在初始条件选项卡中，可以为流体域赋予一个初始状态，即初始时刻流场的速度及湍流值的定义。 如果想看到详细的初始条件设置介绍请点击[初始条件]

7. 边界条件

在边界条件选项卡中，可以基于网格内的边界面，为流体域的边界指定边界条件，如入口、出口、壁面、对称面等。

8. 体组

在体组选项卡中，可以基于网格模型中预定义的体组，为流体域中的特定区域指定多孔介质模型，或者添加动力源项和压头损失。

9. 求解器

在求解器选项卡中，用户还可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。如果想看到选择和设置求解器的详细说明设置介绍请点击[求解器设置]

在总体求解设置选项卡中，可启闭或选择不同的求解策略设置，例如梯度重建类型、相邻网格拓展方式、压力松弛因子更改、密度变化算法等。

在方程求解设置选项卡中，可对流体方程待求解参数的求解器、残差，以及它们的的求解格式进行设置。

10. 时间步&资源

在时间步&资源选项卡中，可对时间步和时间步长进行定义，同时可指定仿真计算需要调用的计算核数和后处理结果的输出频率。

11. 结果配置

在结果配置选项卡中，可以设置输出指定物理量时间平均结果，选择输出的体数据物理量或面数据物理量，设置监测线或监测点上指定物理量的变化过程

12. 仿真计算

在所有的仿真参数和条件设置完成后，可以在仿真计算选项卡中提交仿真计算。 当计算结束时，用户可以查看流场内物理场的云图结果，包括速度场、压力场等。同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

教程案例

案例1-二维核反应堆

案例2-三通管水流混合

案例3-水净化反应器

案例4-薄板混合器

案例5-分离重组混合器

大气流场仿真

格物云CAE的大气流场仿真模块基于不可压缩流模块进行开发，可考虑了大气环境中，空气密度、温度和压强等物理了随海拔高度变化的复杂性。大气流场仿真模块搭载了多种大气条件，包括：稳定大气、干燥大气和潮湿大气，以研究不同气象条件下的风场和温度场变化，可应用于评估建筑风险或风能规划等。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启大气流场仿真！

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择流体仿真-流动传热仿真，进入大气流场仿真模块介绍截面：

点击介绍文本下方蓝色开始仿真按钮，弹出创建工程窗口:

输入工程名称后，点击创建，进入大气流场仿真界面:

大气流场仿真模块树如图所示：

1. 全局设置

在流动传热仿真选项卡中，可以对整体的湍流模型、时变特性及算法进行设置，包含了湍流模型、时间格式以及速度-压力算法等，当选择特定湍流模型时，还需要进行长度尺度或速度尺度的设置。对于大气流场计算，可以选择均值、干燥和湿润大气三种计算模型，当设置干燥或湿润大气流场时，模型会考虑温度计算。如果想看到更加详细的湍流模型介绍，请点击[湍流模型]。

2. 几何

在几何选项卡中，可直接导入软件默认的几何模型(iges/step/brep/xao)，并进行面组或者体组的划分，以便于后续进行网格划分。

3. 网格

在网格选项卡中，可基于几何选项卡内已导入的几何模型，直接进行划分设置，进行网格划分。也可选择自主导入软件默认的网格格式(med/inp/cbd/cgns)，用户需预先把所需的边界面组和体组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义的面组和体组。

4. 全局模型

在全局模型选项卡中，可以定义仿真区域的重力加速度及方向。

5. 大气流场

在大气流场选项卡中，需要基于已选择的大气流场模型，对全场的大气数据进行定义，包括大气域经纬度、大气域朝向、地面粗糙度等。这些参数也可以通过输入气象数据文件进行定义，文件内需要按模板填入温度、风速等随高度的变化情况。

6. 材料

在材料选项卡定义计算流体介质，此处只能选择预定义的空气，定义参数包括粘性模型、动力粘度、密度(如果选择了干燥或湿润大气，还需要定压比热容和导热系数)。

7. 初始条件

在初始条件选项卡中，可以为流体域赋予一个初始状态，即初始时刻流场的速度和湍流值的定义；如果选择了干燥或湿润大气，还需要定义初始温度。想看到详细的初始条件设置介绍请点击[初始条件]

8. 边界条件

在边界条件选项卡中，可以基于网格内的边界面，为流体域的边界指定边界条件，如入口、出口、壁面、对称面等。同时，如果选择了干燥或湿润大气，也需指定相应热力学边界条件，例如第一类、二类边界条件等。特别的，入口和出口边界条件均可以基于大气流场的设置，选择大气边界对边界进行定义。

9. 体组

在体组选项卡中，可以基于网格模型中预定义的体组，为流体域中的特定区域指定多孔介质模型，或者添加动力源项和压头损失。

10. 求解器

在求解器选项卡中，用户还可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。如果想看到选择和设置求解器的详细说明设置介绍请点击[求解器设置]

在总体求解设置选项卡中，可启闭或选择不同的求解策略设置，例如梯度重建类型、相邻网格拓展方式、压力松弛因子更改、密度变化算法等。

在方程求解设置选项卡中，可对流体方程待求解参数的求解器、残差，以及它们的的求解格式进行设置。

11. 时间步&资源

在时间步&资源选项卡中，可对时间步和时间步长进行定义，同时可指定仿真计算需要调用的计算核数和后处理结果的输出频率。

12. 结果配置

在结果配置选项卡中，可以设置输出指定物理量时间平均结果，选择输出的体数据物理量或面数据物理量，设置监测线或监测点上指定物理量的变化过程。

13. 仿真计算

在所有的仿真参数和条件设置完成后，可以在仿真计算选项卡中提交仿真计算。 当计算结束时，用户可以查看流场内物理场的云图结果，包括速度场、压力场、温度场等。同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

教程案例

案例1-环境风下的建筑群流场分析

案例2-烟囱热气扩散

案例3-大气流场-均质大气

案例4-大气流场（风机）-干燥大气

涡轮机械流体仿真

格物云CAE的 涡轮机械流体仿真模块 基于不可压缩流模块进行开发，支持对含有旋转机械系统的流体区域的流动进行研究。该模块支持定义旋转域和静止域，并搭载了稳态的冻结转子法和瞬态的静子/转子法两种经典方法处理旋转域-静止域交界面的数据传输，实现旋转区域及周边流场的计算，并支持与其他物理模块结合，对更丰富的物理场景进行仿真。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启涡轮机械流体仿真！

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择流体仿真-涡轮机械流体仿真，进入涡轮机械流体仿真介绍截面：

点击介绍文本下方蓝色开始仿真按钮，弹出创建工程窗口:

输入工程名称后，点击创建，进入涡轮机械流体仿真界面:

涡轮机械流体仿真模块树如图所示：

1. 全局设置

在涡轮机械流体仿真选项卡中，可以对整体的湍流模型、时变特性及算法进行设置，包含了湍流模型、时间格式以及速度-压力算法等，还需要在此处选择模型的静/转交界面的处理方法（即冻结转子法和瞬态转子/静子法）。当选择特定湍流模型时，还需要进行长度尺度或速度尺度的设置。如果想看到更加详细的湍流模型介绍，请点击[湍流模型]

2. 几何

在几何选项卡中，可直接导入软件默认的几何模型(iges/step/brep/xao)，并进行面组或者体组的划分，以便于后续进行网格划分。

3. 网格

在网格选项卡中，可基于几何选项卡内已导入的几何模型，直接进行划分设置，进行网格划分。也可选择自主导入软件默认的网格格式(med/inp/cbd/cgns)，用户需预先把所需的边界面组和体组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义的面组和体组。

4. 涡轮机械模型

在涡轮机械模型选项卡中，可对流域中的转子进行定义，包括其转速、旋转轴以及旋转的中心基点。对于包含静子、转子的流场模型，还需要对静子、转子间的交界面进行识别定义。

5. 全局模型

在全局模型选项卡中，可以定义仿真区域的重力加速度及方向。

6. 材料

在材料选项卡中，可以计算流体选择为常用的流体介质，如水、空气、氧气、氢气等，包括粘性模型、动力粘度、密度、定压比热容和导热系数。同时也支持用户自定义流体物性。

7. 初始条件

在初始条件选项卡中，可以为流体域赋予一个初始状态，即初始时刻流场的速度、温度及湍流值的定义。如果想看到详细的初始条件设置介绍请点击[初始条件]。

8. 边界条件

在边界条件选项卡中，可以基于网格内的边界面，为流体域的边界指定边界条件，如入口、出口、壁面、对称面等。同时，也需指定相应热力学边界条件，例如第一类、二类边界条件等。

9. 体组

在体组选项卡中，可以基于网格模型中预定义的体组，为流体域中的特定区域指定多孔介质模型，或者添加动力源项、压头损失和热源。同时，该选项卡支持进行固体区域的定义，赋予该固体温度、定压比热容和热导率。

10. 求解器

在求解器选项卡中，用户还可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。如果想看到选择和设置求解器的详细说明设置介绍请点击[求解器设置]。

在总体求解设置选项卡中，可启闭或选择不同的求解策略设置，例如梯度重建类型、相邻网格拓展方式、压力松弛因子更改、密度变化算法等。

在方程求解设置选项卡中，可对流体方程待求解参数的求解器、残差，以及它们的的求解格式进行设置。

11. 时间步&资源

在时间步&资源选项卡中，可对时间步和时间步长进行定义，同时可指定仿真计算需要调用的计算核数和后处理结果的输出频率。

12. 结果配置

在结果配置选项卡中，可以设置输出指定物理量时间平均结果，选择输出的体数据物理量或面数据物理量，设置监测线或监测点上指定物理量的变化过程。

13. 仿真计算

在所有的仿真参数和条件设置完成后，可以在仿真计算选项卡中提交仿真计算。 当计算结束时，用户可以查看流场内物理场的云图结果，包括速度场、压力场、温度场等。同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

教程案例

案例1-旋转盘周围涡流

案例2-二维旋转釜内流场分析

案例3-Ercoftac泵内流场分析

案例4-Genova泵内流场分析

案例5-轴流风扇流场计算

拉格朗日粒子仿真

使用格物云CAE的拉格朗日粒子模块，可以对拉格朗日粒子的流动进行仿真。

拉格朗日粒子跟踪模型着眼于流体质点，基本思想是跟踪代表性的颗粒样本穿过连续流的轨迹。对每个颗粒积分常微分方程求得位置和速度，适合于离散相体积分数较小的情况。通过此模块，可以获得单个颗粒的行为、停留时间等详细信息，针对颗粒尺度分布范围较宽的情形，比欧拉方法代价小。如果颗粒的尺寸改变，其阻力、传热和传质的详细模拟更精确。

拉格朗日粒子模块中包含以下两种粒子计算方式：

• 单向耦合，两相的流动预测相对简单，颗粒轨迹对流场不影响。单向耦合可用于低分散相负载的流动中，颗粒对流体运动的影响可以忽略不计。
• 双向耦合，要求颗粒的动量源加入流体的动量方程中，动量源加载于此时间步长内该颗粒处于的控制体积中，可能由于湍流耗散力或阻力所致。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启拉格朗日粒子仿真！

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择流体仿真-拉格朗日粒子仿真，进入拉格朗日粒子仿真介绍截面：

点击介绍文本下方蓝色开始仿真按钮，弹出创建工程窗口:

输入工程名称后，点击创建，进入拉格朗日粒子仿真界面:

拉格朗日粒子仿真模块树如图所示：

1. 粒子计算设置

在粒子计算设置选项卡中，可以设置粒子计算的精度、特性等。

2. 粒子统计设置

在粒子统计设置选项卡中，可以设置统计粒子的权重，开始粒子计算的时间步等设置。

1. 全局设置

在拉格朗日粒子仿真选项卡中，可以对整体的湍流模型及算法进行设置，包含了湍流模型、时间格式以及速度-压力算法等。当选择特定湍流模型时，还需要进行长度尺度或速度尺度的设置。如果想看到更加详细的湍流模型介绍，请点击[湍流模型]

2. 网格

在网格选项卡中，可导入软件默认的网格格式(med/inp/cbd/cgns)，用户需预先把所需的边界面组和体组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义的面组和体组。

3. 全局模型

在全局设置选项卡中，可以定义仿真区域的重力加速度及方向。

4. 材料

在材料选项卡中，可以计算流体选择为常用的流体介质，如水、空气、氧气、氢气等，包括粘性模型、动力粘度、密度。同时也支持用户自定义流体物性。

5. 初始条件

在初始条件选项卡中，可以为流体域赋予一个初始状态，即初始时刻流场的速度及湍流值的定义。 如果想看到详细的初始条件设置介绍请点击[初始条件]

6. 边界条件

在边界条件选项卡中，可以基于网格内的边界面，为流体域的边界指定边界条件，如入口、出口、壁面、对称面等。

7. 体组

在体组选项卡中，可以基于网格模型中预定义的体组，为流体域中的特定区域指定多孔介质模型，或者添加动力源项和压头损失。

8. 求解器

在求解器选项卡中，用户还可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。如果想看到选择和设置求解器的详细说明设置介绍请点击[求解器设置]

在总体求解设置选项卡中，可启闭或选择不同的求解策略设置，例如梯度重建类型、相邻网格拓展方式、压力松弛因子更改、密度变化算法等。

在方程求解设置选项卡中，可对流体方程待求解参数的求解器、残差，以及它们的的求解格式进行设置。

9. 时间步&资源

在时间步&资源选项卡中，可对时间步和时间步长进行定义，同时可指定仿真计算需要调用的计算核数和后处理结果的输出频率。

10. 结果配置

在结果配置选项卡中，可以设置输出指定物理量时间平均结果，选择输出的体数据物理量或面数据物理量，设置监测线或监测点上指定物理量的变化过程

11. 仿真计算

在所有的仿真参数和条件设置完成后，可以在仿真计算选项卡中提交仿真计算。 当计算结束时，用户可以查看流场内物理场的云图结果，包括速度场、压力场等。同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

教程案例

案例1-带粒子追踪的环形紫外反应器

案例2-微混合器中的颗粒跟踪

案例3-圆柱绕流的颗粒跟踪

案例4-旋转分离器

自由表面仿真

使用格物云CAE的自由表面模块，可以对自由表面的流动进行仿真。

格物云CAE的自由表面模块使用VoF方法（Volume of Fluid）方法模拟自由表面，自由表面可以理解为两相之间的分界面，最常见的便是水和空气之间的交界面。

VoF模型常用来处理具有明显交界面的多相流问题。具体方法就是在整个流场中定义一个体积分数函数$\alpha_x$。假设每个网格中第一相的体积分数为$\alpha_1$, 若$\alpha_1=0$, 则该网内不含第一相, 若$\alpha_1=1$, 则该网格内只含第一项, 若$0<\alpha_1<1$, 则该网格内含有两相交界面。因此, 只要确定了网格中的体积分数, 就能明确求出不同相的流体所对应的位置及相间分布。

体积分数通过连续性方程求解，即：

$\frac{1}{\rho_n}\left[ \frac{\partial }{\partial t}(\alpha_n \rho_n) + \nabla \cdot (\alpha_n \rho_n \vec{u}_n) \right]=$

$S_n + \sum\limits_{p=1}^n(m_{ln}-m_{nl})$

式中：

$\rho_n$为第$n$相流体的密度；

$\alpha_n$为第$n$相的体积分数；

$\vec{u}_n$为第$n$相的速度矢量；

$m_{ln}$为第$n$相流体流入第$l$相流体中的质量；

$m_{nl}$为第$l$相流体流入第$n$相流体中的质量；

$S_n$为源项，如果多相流体间没有特殊的质量输运，该项一般为0；

$t$为时间。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启自由表面仿真！

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择流体仿真-自由表面仿真，进入自由表面仿真介绍截面：

点击介绍文本下方蓝色开始仿真按钮，弹出创建工程窗口:

输入工程名称后，点击创建，进入自由表面仿真界面:

自由表面仿真模块树如图所示：

1. 全局设置

在自由表面仿真选项卡中，可以对均匀相模型进行选择，可以对整体的湍流模型及算法进行设置，包含了湍流模型、时间格式以及速度-压力算法等。当选择特定湍流模型时，还需要进行长度尺度或速度尺度的设置。如果想看到更加详细的湍流模型介绍，请点击[湍流模型]

2. 网格

在网格选项卡中，可导入软件默认的网格格式(med/inp/cbd/cgns)，用户需预先把所需的边界面组和体组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义的面组和体组。

3. 全局模型

在全局设置选项卡中，可以定义仿真区域的重力加速度及方向。

4. 材料

在材料选项卡中，可以将两个不同的流体相（相1、相2）分别选择为常用的流体介质，如水、空气、氧气、氢气等，包括粘性模型、动力粘度、密度。同时也支持用户自定义流体物性。

5. 初始条件

在初始条件选项卡中，可以为流体域赋予一个初始状态，即初始时刻流场的速度及湍流值的定义，并且可以对流场初始化的相场进行设置。如果想看到详细的初始条件设置介绍请点击[初始条件]

6. 边界条件

在边界条件选项卡中，可以基于网格内的边界面，为流体域的边界指定边界条件，如入口、出口、壁面、对称面等。

7. 体组

在体组选项卡中，可以基于网格模型中预定义的体组，为流体域中的特定区域指定多孔介质模型，或者添加动力源项和压头损失。

8. 求解器

在求解器选项卡中，用户还可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。如果想看到选择和设置求解器的详细说明设置介绍请点击[求解器设置]

在总体求解设置选项卡中，可启闭或选择不同的求解策略设置，例如梯度重建类型、相邻网格拓展方式、压力松弛因子更改、密度变化算法等。

在方程求解设置选项卡中，可对流体方程待求解参数的求解器、残差，以及它们的的求解格式进行设置。

9. 时间步&资源

在时间步&资源选项卡中，可对时间步和时间步长进行定义，同时可指定仿真计算需要调用的计算核数和后处理结果的输出频率。

10. 结果配置

在结果配置选项卡中，可以设置输出指定物理量时间平均结果，选择输出的体数据物理量或面数据物理量，设置监测线或监测点上指定物理量的变化过程

11. 仿真计算

在所有的仿真参数和条件设置完成后，可以在仿真计算选项卡中提交仿真计算。 当计算结束时，用户可以查看流场内物理场的云图结果，包括速度场、压力场等。同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

教程案例

案例1-溃坝流体仿真

案例2-溃坝对柱的影响

案例3-喷泉

案例4-明渠流动

拉格朗日欧拉流体仿真

使用格物云CAE的拉格朗日欧拉流体仿真模块，可以任意拉格朗日-欧拉方法（Arbitrary Lagrange-Euler, ALE）进行流体仿真。

ALE方法是计算固体力学和计算流体力学中常用的一种算法，主要用于解决流体-固体耦合问题。ALE方法结合了Lagrange方法和Euler方法的特点，以克服两者的局限性。

拉格朗日（Lagrange）方法 主要用于固体结构的应力应变分析，其特点是使用物质坐标，描述的网格单元与所分析的结构是一体的，能够精确描述结构边界的运动。然而，处理大变形问题时，拉格朗日方法可能会因网格畸变而导致计算困难。

欧拉（Euler）方法 主要用于流体的分析，其特点是使用空间坐标，网格与所分析的物质结构是相互独立的。欧拉方法可以避免网格畸变，但在物质边界的捕捉上较为困难。

ALE方法在处理结构边界运动时引入了拉格朗日方法的特点，同时在内部网格的划分上吸收了欧拉方法的长处。在ALE方法中，网格可以根据定义的参数在求解过程中适当调整位置，以减少网格畸变，并允许网格与网格之间物质流动。这种方法在分析大变形问题时非常有利。

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启拉格朗日欧拉流体仿真！

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择流体仿真-拉格朗日欧拉流体仿真仿真，进入拉格朗日欧拉流体仿真介绍截面：

点击介绍文本下方蓝色开始仿真按钮，弹出创建工程窗口:

输入工程名称后，点击创建，进入拉格朗日欧拉流体仿真界面:

拉格朗日欧拉流体仿真模块树如图所示：

1. 全局设置

在拉格朗日欧拉流体仿真选项卡中，可以对整体的湍流模型、时变特性及算法进行设置，包含了湍流模型、时间格式以及速度-压力算法等，还可以选择是否使用温度计算，涡轮机械计算，标量计算，拉格朗日粒子计算。当选择特定湍流模型时，还需要进行长度尺度或速度尺度的设置。如果想看到更加详细的湍流模型介绍，请点击[湍流模型]。

2. 网格

在网格选项卡中，可导入软件默认的网格格式(med/inp/cbd/cgns)，用户需预先把所需的边界面组和体组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义的面组和体组。

3. 网格形变设置

在网格形变设置选项卡中，可以设置流动初始步数，即流场从那个时间步开始影响结构；设置网格粘度类型为各项同性或各项异性；设置网格粘度空间分布的数值。

4. 流固耦合设置

在流固耦合设置选项卡中，可以设置流固耦合耦合的最大子迭代步数，以及相对精度等。

5. 全局模型

在全局设置选项卡中，可以定义仿真区域的重力加速度及方向。

6. 材料

在材料选项卡中，可以计算流体选择为常用的流体介质，如水、空气、氧气、氢气等，包括粘性模型、动力粘度、密度。同时也支持用户自定义流体物性。

7. 初始条件

在初始条件选项卡中，可以为流体域赋予一个初始状态，即初始时刻流场的速度及湍流值的定义。如果想看到详细的初始条件设置介绍请点击[初始条件]

8. 边界条件

在边界条件选项卡中，可以基于网格内的边界面，为流体域的边界指定边界条件，如入口、出口、壁面、对称面等。

9. 体组

在体组选项卡中，可以基于网格模型中预定义的体组，为流体域中的特定区域指定多孔介质模型，或者添加动力源项和压头损失。

10. 求解器

在求解器选项卡中，用户还可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。如果想看到选择和设置求解器的详细说明设置介绍请点击[求解器设置]

在总体求解设置选项卡中，可启闭或选择不同的求解策略设置，例如梯度重建类型、相邻网格拓展方式、压力松弛因子更改、密度变化算法等。

在方程求解设置选项卡中，可对流体方程待求解参数的求解器、残差，以及它们的的求解格式进行设置。

11. 时间步&资源

在时间步&资源选项卡中，可对时间步和时间步长进行定义，同时可指定仿真计算需要调用的计算核数和后处理结果的输出频率。

12. 结果配置

在结果配置选项卡中，可以设置输出指定物理量时间平均结果，选择输出的体数据物理量或面数据物理量，设置监测线或监测点上指定物理量的变化过程

13. 仿真计算

在所有的仿真参数和条件设置完成后，可以在仿真计算选项卡中提交仿真计算。

当计算结束时，用户可以查看流场内物理场的云图结果，包括速度场、压力场等。同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

教程案例

多组分气体仿真

使用格物云CAE的多组分气体模块，可以对多组分气体的流动进行仿真。

格物CAE中支持对以下组分组合的混合气体进行仿真模拟：

• 空气/氦气
• 空气/氢气
• 空气/水蒸气
• 空气/氦气/水蒸气
• 空气/氢气/水蒸气

开始仿真

使用格物云CAE网站，我们可以通过下面的几个步骤轻松开启多组分气体仿真！

进入格物云CAE网站

在页面下方模块栏中选择流体仿真-多组分气体仿真，进入多组分气体仿真介绍截面：

点击介绍文本下方蓝色开始仿真按钮，弹出创建工程窗口:

输入工程名称后，点击创建，进入多组分气体仿真界面:

多组分气体仿真模块树如图所示：

1. 全局设置

在多组分气体仿真选项卡中，可以对混合气体组分进行选择，可以对整体的湍流模型及算法进行设置，包含了湍流模型、时间格式以及速度-压力算法等，还可以选择是否使用涡轮机械计算。当选择特定湍流模型时，还需要进行长度尺度或速度尺度的设置。如果想看到更加详细的湍流模型介绍，请点击[湍流模型]。

2. 网格

在网格选项卡中，可导入软件默认的网格格式(med/inp/cbd/cgns)，用户需预先把所需的边界面组和体组定义完整，否则在后续的仿真分析中不能选择未定义的面组和体组。

3. 全局模型

在全局设置选项卡中，可以定义仿真区域的重力加速度及方向。

4. 初始条件

在初始条件选项卡中，可以为流体域赋予一个初始状态，即初始时刻流场的速度及湍流值的定义，并且可以对流场初始化的混合气体质量分数进行设置。如果想看到详细的初始条件设置介绍请点击[初始条件]

5. 边界条件

在边界条件选项卡中，可以基于网格内的边界面，为流体域的边界指定边界条件，如入口、出口、壁面、对称面等。

6. 体组

在体组选项卡中，可以基于网格模型中预定义的体组，为流体域中的特定区域指定多孔介质模型，或者添加动力源项和压头损失。

7. 求解器

在求解器选项卡中，用户还可根据自己的需要对求解器进行个性化选择与设置，以满足计算需求。如果想看到选择和设置求解器的详细说明设置介绍请点击[求解器设置]

在总体求解设置选项卡中，可启闭或选择不同的求解策略设置，例如梯度重建类型、相邻网格拓展方式、压力松弛因子更改、密度变化算法等。

在方程求解设置选项卡中，可对流体方程待求解参数的求解器、残差，以及它们的的求解格式进行设置。

8. 时间步&资源

在时间步&资源选项卡中，可对时间步和时间步长进行定义，同时可指定仿真计算需要调用的计算核数和后处理结果的输出频率。

9. 结果配置

在结果配置选项卡中，可以设置输出指定物理量时间平均结果，选择输出的体数据物理量或面数据物理量，设置监测线或监测点上指定物理量的变化过程

10. 仿真计算

在所有的仿真参数和条件设置完成后，可以在仿真计算选项卡中提交仿真计算。 当计算结束时，用户可以查看流场内物理场的云图结果，包括速度场、压力场等。同时用户还可得到计算时的求解日志，来获取计算时的一些重要信息，及错误提醒，方便用户及时找到问题所在，解决棘手问题。

教程案例

案例1-管道内多组分气体流动

案例2-多组分气体射流

案例3-室内气体扩散

水动力仿真

一维水动力

一维水动力模块采用有限元方法求解圣维南方程组，是用于模拟明渠水流的仿真工具。 支持模拟多种流态的河流，快速进行复杂河网的水力计算，适用于大空间尺度的河道水动力 现象的研究。本模块支持亚稳态和跨临界态的计算，支持用户设置水位、流量、水位-流量关系等类型的边界，添加蓄水池、侧堰、溢流堰、土石坝、闸门等水工建筑物，可模拟区间入流、局部水头损失等物理过程，计算输出断面的水位、流量、流速曲线等结果。

1. 河道建模

通过拖拽页面中的建模组件，用户定义河道及水工建筑物的连接关系，进行河道建模。

1.1 河流起点

河流起点表示河流的上游，同样也是河流的上游边界条件的定义组件。

1.2 河流终点

河流终点表示河流的下游，同样也是河流的下游边界条件的定义组件。

1.3 河流汊口

河流汊口表示河流的汇聚与分岔位置，可以由两条河流汇聚成一条河流，也可以由一条河流分岔为两条河流；在汊口中，需要定义各河道交界面的相对坐标及流线方向。

1.4 河流设置

鼠标贴近河道组件的边框圆型连接点时会变成十字连接标，按住拖出河道，连接河道的上游-下游或通过连接汊口-上游/下游即可创建河流。 用户通过输入或上传的方式定义沿河道里标的断面形貌，明确主槽和漫滩的位置，完成对河道及断面的描述。

1.5 侧入流

侧入流表示河道某断面处的额外补充流量，通过影响对应河道的流量调整河流的流动规律，以流量时间序列的形式输入。

1.6 溢流堰

溢流堰用于模拟顶部可泄洪的坝等特殊结构物体，有宽顶堰和薄壁堰两种类型，通过影响河道的水位、流量及水头调整河流的流动规律。

1.7 土石坝

土石坝用于表示拦河坝等特殊结构物体，可自定义坝体形状，通过影响河道的水位、流量及水头调整河流的流动规律。

1.8 闸门

闸门表示用于关闭和开放泄水通道的控制设施，可拦截水流，控制水位、调节流量，用户可定义闸门的宽度、闸底高程、流量系数以及随时间变化的闸门开度。

1.9 侧堰

侧堰表示河道某断面处的额外流失流量，通过影响对应河道的水头和流量调整河流的流动规律，有多种不同的定义方式。

1.10 局部水头损失

局部水头损失表示河道某断面处的水头损失，通常用于表征某些特殊建筑或人为影响引起的河道河流的水头降低。

1.11 蓄水池

蓄水池通常表示内部存有额外水量的某一容器，用于表征池塘库体或径流作用，通过连接器与河道相连。鼠标贴近蓄水池组件的边框圆形连接点时会变成十字连接标，按住拖出连接线，与河道或其他蓄水池相连，即可完成连接。

1.12 连接器

连接线负责蓄水池与河道的连接，或蓄水池之间的连接，有多种实际形态， 如外堰、渠道、虹吸管或箱涵，不同形态表示不同的作用关系以及流量换算关系。在蓄水池已有的连接线上，将已经拖入界面中的连接器组件再次选中，拖至变绿的空连接线上，完成连接线的类型设置。

1.12.1 外堰

外堰表示河道/蓄水池一侧的开口，通常低于河岸/蓄水池侧壁，用户可定义侧堰宽度、侧堰顶的高度、所处里程、流量系数以及激活系数。

1.12.2 渠道

渠道表示一条规则形态的连接用明渠，用户可以宽度、平均底部高程、长度来定义该渠道的形态，并给出渠道的粗糙度（Strickler系数）以及所在里程。

1.12.3 虹吸管

虹吸管即管状连接器，用户可定义虹吸管的长度、横截面积、平均底部高程以及水头损失系数，并给出所在里程。

1.12.4 箱涵

箱涵代表方形的横穿路基的小型泄水构筑物，作为连接器连接河道蓄水池或者蓄水池之间，用户可定义箱涵的宽度、横截面积、平均水位、堰式流量系数、管道流量系数、水流方向。

1.13 降雨径流

降雨径流表示随时间变化的入流流量，需与蓄水池连接使用。将拖入界面的降雨径流组件按住拖到需要连接的蓄水池旁，该蓄水池边框变绿，松开后出现蓄水池和降雨径流间出现虚线即表示连接成功。

2. 仿真参数

2.1 基础信息

基础信息主要概括了作业的基本介绍，包含当前作业的名称以及作业所使用的计算求解内核，用户可以自定义作业名称，选择亚稳态或跨临界态的计算内核。

2.2 时间步&资源设置

时间步&资源设置主要用于定义计算时间步以及输出的内容， 包含计算完成条件、结果/ 日志的写入时间步间隔以及库朗数等信息；根据所选计算完成条件的不同，相关设置及约束条件也会不同。

2.3 物理模型

物理模型中可以设置各河道的摩擦系数，包含不同河道的主槽以及漫滩的摩擦系数的定义，可选择不同的摩擦模型：Strickler、Chezy、colebrook、Bazin。

2.4 河道初始信息

河道初始信息用于定义各河道的初始场，正确的定义初始场对于开启一维水动力的计算至关重要。

2.5 网格部分

网格部分中可以定义河道网格的纵向和轴向密度， 密度越低网格越稀疏，计算量越小，密度越高计算收敛条件越苛刻，结果更丰富。

2.6 结果展示设置

要展示的结果可以通过选择所有虚拟断面或指定断面来决定，所有虚拟断面会输出所有剖分的河道轴向断面上的结果，而指定断面只会输出所选里程断面的结果。

3. 计算结果

3.1 河道结果

河道结果中包含如流量、水位、流速等物理量的变化过程，可以固定某一断面查看物理量随时间的变化过程，也可以固定某一时刻查看物理量随距离的变化过程。点击播放标志的按钮即可查看该物理量的全时刻或全里程所有结果的动态变化。

3.2 蓄水池结果

蓄水池结果包括蓄水池的容积、水位随时间的变化情况。

3.3 连接器结果

连接器结果包括连接线上的交换流量以及交换流速随时间的变化情况。

案例教程

案例1-汊口河道的闸门控流与降雨径流仿真计算

案例2-灌区精细化流量管理仿真预演

案例3-宽顶溢流堰仿真预演

案例4-土石坝仿真预演

案例5-河流侧堰仿真计算

案例6-河道收缩局部水头损失仿真计算

案例7-排水口仿真计算

案例8-虹吸排水仿真计算

案例9-洪水漫滩仿真计算

案例10-降雨径流蓄水池储水仿真计算

案例11-汊口河道闸门控制与降雨径流和溢流堰与测入流综合仿真预演

二维水动力

格物云CAE-二维水动力模块可以用于湖泊、河流、平原等具有明显二维流动特性的区域，广泛应用于洪水推演、城市内涝、航运预警等水流模拟领域。本基础教程将介绍二维水动力建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-二维水动力模块功能。

1. 矢量

在矢量选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建多边形、线、点类型的矢量形状。所创建的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中，用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

3. 网格

3.1 生成网格

在生成网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

4. 模型

点击展开左侧的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、潮汐模型进行设置。

4.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界、潮汐边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。对于潮汐边界，用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型、降雨-下渗模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发速率、时长、下渗率等。

4.6 潮汐

在潮汐选项卡中，用户可对潮差校准系数、潮位基准进行设置。

4.7 计算格式

在计算格式选项卡中，用户可以设置与求解格式相关的参数，包括：最大允许误差、最大迭代步数、高程平滑方式、负水深处理方式等。

5. 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

6. 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括水深、水位、高程、流量（X方向的流量、Y方向的流量、流量标量）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物。

7. 仿真计算

在仿真计算选项卡中，用户可选择计算所需要的核数。点击“开始计算”按钮提交计算。

8. 仿真结果

在结果配置选项卡中，用户可以选择计算核数并点击“开始计算”按钮提交计算。点击展开左侧的“仿真计算”分支，可分别查看结果云图、点位分析。

8.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示，点击播放按钮，既可看到计算结果变量（如水深、水位、流量、流速等）随时间变化的过程。用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

8.2 点位分析

在点位分析选项卡中，选择点矢量，提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线，还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

8.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面，即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1-河流水动力稳态计算

案例2-钱塘江洪水仿真预演

案例3-入海口潮汐模拟

案例4-分水江下游集水区山洪模拟

案例5-昌北溪上游水库泄洪冲淹模拟

案例6-城镇暴雨内涝仿真模拟

案例7-复杂河网污染物扩散模拟

案例8-金华某水库泄洪及应急预演

案例9-涔天河水库大坝溃坝洪水推演模拟

案例10-太湖污染物净化过程模拟

案例11-猫猫头水库污染扩散过程模拟

三维水动力

三维水动力模块求解纳维-斯托克斯方程以及传输扩散等三维方程，可给出三维网格中每个点上的三个方向速度和传输量浓度等结果，以及模型水深变化等主要结果，适用于研究河流、海洋、湖泊、水库等水域的纵向及横向速度、示踪物等变化的场景。本基础教程将介绍三维水动力建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-三维水动力模块功能。

1. 矢量

在矢量选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建多边形、线、点类型的矢量形状。所创建的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

在几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

3. 网格

3.1 生成网格

在网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

3.3 网格设置

在三维模块中，可以点击网格设置选项卡，进行网格等分层数的定义。

4. 模型

点击展开左侧的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、源汇项进行设置。

4.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。

4.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对垂直和水平两个方向的湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发量、时长等。可以设置的时变气象值有：风速、风向、气压等。

4.6 源汇项

在源汇项选项卡中，可选择点或面类型的源汇项，设置源汇项的名称坐标位置和三维空间中的高程、源汇项的流量，并可以添加常数或随时间变化的示踪物。

5. 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

6. 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括三维的高程（水位）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、Z方向流速）、示踪物；以及二维的水深、水位、高程、流量（X方向的流量、Y方向的流量、流量标量）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物等等。

7. 仿真计算

在仿真计算选项卡中，用户可选择计算所需要的核数。点击“开始计算”按钮提交计算。

8. 仿真结果

在结果配置选项卡中，用户可以选择计算核数并点击“开始计算”按钮提交计算。点击展开左侧的“仿真计算”分支，可分别查看结果云图、点位分析。

8.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示，点击播放按钮，既可看到计算结果变量（如水深、水位、流量、流速等）随时间变化的过程。用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

8.2 点位分析

在点位分析选项卡中，选择点矢量，提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线，还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

8.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面，即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1 - 余杭塘河桥墩绕流仿真模拟

案例2 - 余杭塘河支流节制闸泄洪模拟

案例3 - 常州市滆湖三维水动力模拟

案例4-常州市滆湖污染物扩散模拟

案例5 - 杭州市湘湖多点位污染仿真模拟

案例6 - 乌镇污染物清除仿真预演

案例7 - 广西黔江大坝鱼道仿真模拟

案例8 - 青山水库泄洪洪水推演仿真

案例9 - 浪川溪桥墩形状绕流仿真

案例10 - 嘉兴河网污染物扩散模拟

案例11 - 淮河污染物示踪仿真

二维水质

格物云CAE-水质模块可以模拟水生系统中各类污染物的扩散、转化、迁移和演变一系列复杂的生化过程，包括溶解氧的复氧和消耗，无机氮磷和有机氮磷之间的相互转化、吸附、沉降以及藻类的新陈代谢、光合作用等。本基础教程将介绍二维水质建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-二维水质模块功能。

1. 矢量

在矢量选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建或者上传相应的多边形、线、点类型的矢量形状。所创建或者上传的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中，用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

3. 网格

3.1 生成网格

在生成网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

4. 水动力设置

在水动力设置选项卡中，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、源汇项、潮汐模型、计算格式进行设置。

4.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界、潮汐边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。对于潮汐边界，用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型、降雨-下渗模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发速率、时长、下渗率等。

4.6源汇项

在源汇项选项卡中，用户可设置源汇项类型、源汇项位置、源汇项数值。其中，源汇项类型包括：点、面。对于源汇项数值，用户可设置常量流量或者随时间变化的流量数值。

4.7 潮汐

在潮汐选项卡中，用户可对潮差校准系数、潮位基准进行设置。

4.8 计算格式

在计算格式选项卡中，用户可以设置与求解格式相关的参数，包括：最大允许误差、最大迭代步数、高程平滑方式、负水深处理方式等。

5.水质设置

5.1 水质模块选择

在水质模块选择选项卡中，用户可以选择水质模块类型以及对相应水质模块的水质参数进行设置。可供选择的水质模块包括：氧模块、生物量模块、微污染模块、热交换模块、富营养化模块、以及富营养化和热交换的耦合模块。

5.1.1 氧模块

在氧模块中，用户需要设置三个水质参数的初始浓度，分别为溶解氧、氨负荷、有机负荷。同时在计算设置中可以设置影响水中溶解氧含量的相关参数，包括：植物的呼吸作用、水温、硝化动力学常数K4、底栖氧气需求等。

5.1.2 生物量模块

在生物量模块中，用户需要设置五个水质参数的初始浓度，分别为浮游植物生物量、浮游植物可同化的溶解磷、浮游植物不可同化的可降解磷、浮游植物可同化的溶解氮、浮游植物不可同化的可降解氮。同时在计算设置中可以设置影响水中生物量含量的相关参数，包括：20°C时的最大藻类生长率、藻类毒性系数、磷酸盐半饱和常数、藻类生物量的呼吸速率等。

5.1.3 微污染模块

在微污染模块中，用户需要设置五个水质参数的初始浓度，分别为悬浮颗粒物、底床沉积物、溶解形式的微污染物、悬浮颗粒物吸附的部分、底床沉积物吸附的部分。同时在计算设置中可以设置影响水中微污染（如重金属）含量的相关参数，包括：沉积临界应力、沉积物沉降速度、重新悬浮的临界压力、微污染物浓度的指数衰变常数等。

5.1.4 热交换模块

在热交换模块中，用户需要设置初始水温。同时在计算设置中可以设置影响水体温度的相关参数，包括：水密度、水比热容、空气比热容、气象数据等。

5.1.5 富营养化模块

在富营养化模块中，用户需要设置八个水质参数的初始浓度，分别为浮游植物生物量、浮游植物可同化的溶解磷、浮游植物不可同化的可降解磷、浮游植物可同化的溶解氮、浮游植物不可同化的可降解氮、溶解氧、氨负荷、有机负荷。同时在计算设置中可以设置影响水体富营养化的相关参数，包括：20°C 时的最大藻类生长率、藻类毒性系数、藻类生物量的呼吸速率、水面上的阳光通量密度、20C时藻类死亡率系数、死亡植物中可同化的磷的百分比等。

5.1.6 富营养化-热交换模块

在富营养化-热交换模块中，用户需要设置九个水质参数的初始浓度，分别为浮游植物生物量、浮游植物可同化的溶解磷、浮游植物不可同化的可降解磷、浮游植物可同化的溶解氮、浮游植物不可同化的可降解氮、溶解氧、氨负荷、有机负荷、温度。同时在计算设置中可以设置影响水体富营养化和水体温度的相关参数，包括：藻类毒性系数、不含浮游植物的植物浊度系数、植物细胞内氮的比例、硝化作用消耗氧气、水比热容、云量系数等。

5.2 水质边界

在水质边界选项卡中，用户可设置是否开启水动力边界的水质边界。如若选择开启，那么需要设置随时间变化的水质参数。

6. 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

7. 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括水深、水位、高程、流量（X方向的流量、Y方向的流量、流量标量）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物。

8. 仿真计算

在仿真计算选项卡中，用户可选择计算所需要的核数。点击“开始计算”按钮提交计算。

9. 计算结果

9.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示，点击播放按钮，既可看到计算结果变量（如水深、水位、流量、流速等）随时间变化的过程。用户可设置色阶类型和配色方案。同时，用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

9.2 点位分析

在点位分析选项卡中，选择点矢量，提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线，还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

9.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面，即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1 - 巢湖⽔体⽔质改善仿真预演

案例2 - 巢湖水体中藻类生长仿真预演

案例3 - 巢湖水体微污染物仿真预演

案例4 - 常州市滆湖污水体富营养化仿真

案例5 - 钱塘江微污染仿真预演

案例6 - 复杂河网热交换仿真

案例7 - 长江入海口微污染仿真预演

案例8 - 厦门湾富营养化仿真预演

案例9 - 城镇工厂污染泄露仿真预演

案例10 - 苏州澄湖水体微生物生长预演

三维水质

格物云CAE-三维水质模块可以模拟水生系统中各类污染物的扩散、转化、迁移和演变一系列复杂的生化过程，包括溶解氧的复氧和消耗，无机氮磷和有机氮磷之间的相互转化、吸附、沉降以及藻类的新陈代谢、光合作用等。本基础教程将介绍三维水质建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-三维水质模块功能。

1. 矢量

在矢量数据选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建多边形、线、点类型的矢量形状。所创建的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中，用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

3. 网格

3.1 生成网格

在网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

3.3 网格设置

在三维模块中，可以点击网格设置选项卡，进行网格等分层数的定义。

4. 水动力设置

4.1 模型

点击展开左侧“水动力设置”下的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、源汇项进行设置。

4.1.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界、潮汐边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。对于潮汐边界，用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.1.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对垂直和水平两个方向的湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.1.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发量、时长等。可以设置的时变气象值有：风速、风向、气压等。

4.1.6 源汇项

在源汇项选项卡中，可选择点或面类型的源汇项，设置源汇项的名称坐标位置和三维空间中的高程、源汇项的流量，并可以添加常数或随时间变化的示踪物。

5.水质设置

5.1 水质模块选择

在水质模块选择选项卡中，用户可以选择水质模块类型以及对相应水质模块的水质参数进行设置。可供选择的水质模块包括：氧模块、生物量模块、微污染模块、热交换模块、富营养化模块、以及富营养化和热交换的耦合模块。

5.1.1 氧模块

在氧模块中，用户需要设置三个水质参数的初始浓度，分别为溶解氧、氨负荷、有机负荷。同时在计算设置中可以设置影响水中溶解氧含量的相关参数，包括：植物的呼吸作用、水温、硝化动力学常数K4、底栖氧气需求等。

5.1.2 生物量模块

在生物量模块中，用户需要设置五个水质参数的初始浓度，分别为浮游植物生物量、浮游植物可同化的溶解磷、浮游植物不可同化的可降解磷、浮游植物可同化的溶解氮、浮游植物不可同化的可降解氮。同时在计算设置中可以设置影响水中生物量含量的相关参数，包括：20°C时的最大藻类生长率、藻类毒性系数、磷酸盐半饱和常数、藻类生物量的呼吸速率等。

5.1.3 微污染模块

在微污染模块中，用户需要设置五个水质参数的初始浓度，分别为悬浮颗粒物、底床沉积物、溶解形式的微污染物、悬浮颗粒物吸附的部分、底床沉积物吸附的部分。同时在计算设置中可以设置影响水中微污染（如重金属）含量的相关参数，包括：沉积临界应力、沉积物沉降速度、重新悬浮的临界压力、微污染物浓度的指数衰变常数等。

5.1.4 热交换模块

在热交换模块中，用户需要设置初始水温。同时在计算设置中可以设置影响水体温度的相关参数，包括：水密度、水比热容、空气比热容、气象数据等。

5.1.5 富营养化模块

在富营养化模块中，用户需要设置八个水质参数的初始浓度，分别为浮游植物生物量、浮游植物可同化的溶解磷、浮游植物不可同化的可降解磷、浮游植物可同化的溶解氮、浮游植物不可同化的可降解氮、溶解氧、氨负荷、有机负荷。同时在计算设置中可以设置影响水体富营养化的相关参数，包括：20°C 时的最大藻类生长率、藻类毒性系数、藻类生物量的呼吸速率、水面上的阳光通量密度、20C时藻类死亡率系数、死亡植物中可同化的磷的百分比等。

5.1.6 富营养化-热交换模块

在富营养化-热交换模块中，用户需要设置九个水质参数的初始浓度，分别为浮游植物生物量、浮游植物可同化的溶解磷、浮游植物不可同化的可降解磷、浮游植物可同化的溶解氮、浮游植物不可同化的可降解氮、溶解氧、氨负荷、有机负荷、温度。同时在计算设置中可以设置影响水体富营养化和水体温度的相关参数，包括：藻类毒性系数、不含浮游植物的植物浊度系数、植物细胞内氮的比例、硝化作用消耗氧气、水比热容、云量系数等。

5.2 水质边界

在水质边界选项卡中，用户可设置是否开启水动力边界的水质边界。如若选择开启，那么需要设置随时间变化的水质参数。

6. 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

7. 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括水深、水位、高程、流量（X方向的流量、Y方向的流量、流量标量）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物。

8. 仿真计算

在仿真计算选项卡中，用户可选择计算所需要的核数。点击“开始计算”按钮提交计算。

9. 计算结果

9.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示，点击播放按钮，既可看到计算结果变量（如水深、水位、流量、流速等）随时间变化的过程。用户可设置色阶类型和配色方案。同时，用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

9.2 点位分析

在点位分析选项卡中，选择点矢量，提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线，还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

9.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面，即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1 - 湖州南浔头白潭昼夜溶解氧仿真

案例2 - 三维巢湖水体水质改善仿真预演

案例3 - 西安护城河微污染仿真预演

案例4 - 三峡水库污染扩散仿真预演

案例5 - Tesla阀仿真模拟

案例6 - 闽江大气热交换仿真模拟

案例7 - 峡山水库富营养化仿真预演

案例8 - 鸭绿江污染物扩散仿真模拟

案例9 - 扬州河网氧模块自由扩散仿真预演

案例10 - 长江重庆段氧模块仿真模拟

二维海洋波浪

二维海洋波浪模块可以对风生波、波浪变化等等进行时间和空间上的模拟，还可以与水动力模块进行耦合，考虑潮汐等因素，广泛适用于海洋、沿海、河流入海口、内海等区域。本基础教程将介绍二维海洋波浪建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-二维海洋波浪模块功能。

1. 矢量

在矢量选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建多边形、线、点类型的矢量形状。所创建的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中，用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

3. 网格

3.1 生成网格

在生成网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

4. 水动力设置

4.1 模型

点击展开左侧“水动力设置”下的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、潮汐、源汇项、计算格式进行设置。

4.1.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界、潮汐边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。对于潮汐边界，用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.1.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对垂直和水平两个方向的湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.1.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型、降雨-下渗模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发速率、时长、下渗率等。

4.1.6 潮汐

在潮汐选项卡中，用户可对潮差校准系数、潮位基准进行设置。

4.1.7 源汇项

在源汇项选项卡中，可选择点或面类型的源汇项，设置源汇项的名称坐标位置和源汇项的流量，并可以添加常数或随时间变化的示踪物。

4.1.8 计算格式

在计算格式选项卡中，用户可以设置与求解格式相关的参数，包括：最大允许误差、最大迭代步数、高程平滑方式、负水深处理方式等。

4.2 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

4.3 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括高程（水位）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物。

5. 海洋波浪设置

5.1 模型

点击展开左侧“海洋波浪设置”下的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、源汇项、波浪设置以及计算格式进行设置。

5.1.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始静水位、初始角度分布函数、初始波谱类型不同波谱类型下的初始参数。

5.1.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，二维海洋波浪模块可设置波浪边界。对于波浪边界边界，用户可设定波浪传入边界的边界波谱类型以及对应波谱类型下的参数，例如，边界有效波高、边界峰值频率、边界主方向等等。

5.1.3 源汇项

在源汇项选项卡中，用户可以开启或关闭“风的影响”，开启后初始和边界选项卡中的可设置参数会增加风相关内容。源项选项卡中风相关可设置参数为：XY方向风速、风生波模式、风生波系数等。其他可考虑的波浪相关源汇项为：白帽耗散、浅水破碎耗散、底部摩擦耗散、强逆流耗散、三相波、非线性传递等。

5.1.4 波浪设置

波浪设置选项卡中，可以设置波浪的方向数、最小频率、频率比率、频率数。

5.1.5 计算格式

在海洋波浪的计算格式选项卡中，可以开启或关闭球坐标系、设置中断时间步长数、源项迭代数。

5.2 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步长、计算步数进行定义。用户填入的计算步数会转换为模拟总时长，方便查看。

5.3 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括有效波高、平均波浪方向、平均波向离散度、海底面高程、风速、水深、流速、XY方向驱动力、波浪能量等等。

6. 仿真计算

在仿真计算选项卡中，用户可选择计算所需要的核数。点击“开始计算”按钮提交计算。

7. 计算结果

7.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示，点击播放按钮，既可看到计算结果变量（如水深、水位、流量、流速等）随时间变化的过程。用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

7.2 点位分析

在点位分析选项卡中，选择点矢量，提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线，还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

7.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面，即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1 - 渤海湾潮汐波浪耦合仿真

案例2 - 烟台沿海潮汐波浪耦合仿真

案例3 - 烟台沿海风生波仿真模拟

案例4 - 台州湾潮汐波浪耦合仿真模拟

案例5 - 海南岛沿岸海洋波浪模拟

案例6 - 红海湾波浪能量仿真

案例7 - 大丰港波浪仿真

案例8 - 角尾湾波浪仿真

案例9 - 舟山港波浪仿真

案例10 - 厦门荧光海岸仿真模拟

三维海洋波浪

三维海洋波浪模块可以对风生波、波浪变化等等进行时间和空间上的模拟，还可以与水动力模块进行耦合，考虑潮汐等因素，广泛适用于海洋、沿海、河流入海口、内海等区域。本基础教程将介绍三维海洋波浪建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-三维海洋波浪模块功能。

1. 矢量

在矢量数据选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建多边形、线、点类型的矢量形状。所创建的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中，用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

3. 网格

3.1 生成网格

在网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

3.3 网格设置

在三维模块中，可以点击网格设置选项卡，进行网格等分层数的定义。

4. 水动力设置

4.1 模型

点击展开左侧“水动力设置”下的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、源汇项进行设置。

4.1.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界、潮汐边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。对于潮汐边界，用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.1.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对垂直和水平两个方向的湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.1.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发量、时长等。可以设置的时变气象值有：风速、风向、气压等。

4.1.6 源汇项

在源汇项选项卡中，可选择点或面类型的源汇项，设置源汇项的名称坐标位置和三维空间中的高程、源汇项的流量，并可以添加常数或随时间变化的示踪物。

4.2 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

4.3 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括三维的高程（水位）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、Z方向流速）、示踪物；以及二维的水深、水位、高程、流量（X方向的流量、Y方向的流量、流量标量）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物等等。

5. 海洋波浪设置

5.1 模型

点击展开左侧“海洋波浪设置”下的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、源汇项、波浪设置以及计算格式进行设置。

5.1.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始静水位、初始角度分布函数、初始波谱类型不同波谱类型下的初始参数。

5.1.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，三维海洋波浪模块可设置波浪边界。对于波浪边界边界，用户可设定波浪传入边界的边界波谱类型以及对应波谱类型下的参数，例如，边界有效波高、边界峰值频率、边界主方向等等。

5.1.3 源汇项

在源汇项选项卡中，用户可以开启或关闭“风的影响”，开启后初始和边界选项卡中的可设置参数会增加风相关内容。源项选项卡中风相关可设置参数为：XY方向风速、风生波模式、风生波系数等。其他可考虑的波浪相关源汇项为：白帽耗散、浅水破碎耗散、底部摩擦耗散、强逆流耗散、三相波、非线性传递等。

5.1.4 波浪设置

波浪设置选项卡中，可以设置波浪的方向数、最小频率、频率比率、频率数。

5.1.5 计算格式

在海洋波浪的计算格式选项卡中，可以开启或关闭球坐标系、设置中断时间步长数、源项迭代数。

5.2 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步长、计算步数进行定义。用户填入的计算步数会转换为模拟总时长，方便查看。

5.3 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括有效波高、平均波浪方向、平均波向离散度、海底面高程、风速、水深、流速、XY方向驱动力、波浪能量等等。

6. 仿真计算

在仿真计算选项卡中，用户可选择计算所需要的核数。点击“开始计算”按钮提交计算。

7. 计算结果

7.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示，点击播放按钮，既可看到计算结果变量（如水深、水位、流量、流速等）随时间变化的过程。用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

7.2 点位分析

在点位分析选项卡中，选择点矢量，提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线，还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

7.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面，即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1 - 烟台近岸波浪耗散模拟

案例2 - 烟台沿海潮汐波浪耦合仿真

案例3 - 渤海湾风生波仿真模拟

案例4 - 黄海沿岸风生波仿真模拟

案例5 - 台湾海峡波浪能量模拟

案例6 - 莱州湾波浪仿真模拟

案例7 - 瓯江入海口波浪仿真

案例8-海州湾风生波仿真模拟

案例9-金门岛波浪仿真模拟

案例10-闽江波浪仿真模拟

二维泥沙

二维泥沙模块是用于计算泥沙输运、底床演变的模块，主要负责处理计算近床输沙、推移质输沙和地层演变过程，耦合水动力模块计算水体中的悬移质输沙过程，计算非粘性、粘性泥沙的输运和迁移。本基础教程将介绍二维泥沙建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-二维泥沙模块功能。

1. 矢量

在矢量选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建或者上传相应的多边形、线、点类型的矢量形状。所创建或者上传的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中，用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

3. 网格

3.1 生成网格

在生成网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

4. 水动力模型设置

点击展开左侧的“水动力设置”-“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、潮汐模型进行设置。

4.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界、潮汐边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。对于潮汐边界，用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型、降雨-下渗模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发速率、时长、下渗率等。

4.6 潮汐

在潮汐选项卡中，用户可对潮差校准系数、潮位基准进行设置。

4.7 计算格式

在计算格式选项卡中，用户可以设置与求解格式相关的参数，包括：最大允许误差、最大迭代步数、高程平滑方式、负水深处理方式等。

4.8 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

4.9 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括水深、水位、高程、流量（X方向的流量、Y方向的流量、流量标量）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物。

5. 泥沙模型设置

点击展开左侧的“泥沙设置”-“模型”分支，用户可分别对泥沙性质、输运机制、床层模型、粘性泥沙输运、泥沙级配、泥沙边界条件、数值参数进行设置。

5.1 泥沙性质

在泥沙性质选项卡中，可添加一个或多个类型的泥沙，泥沙类型为非粘性或粘性，并设置对应的物理参数。其中，可设置的物理参数包括颗粒半径、初始占比、颗粒密度、床层孔隙度、临界Shields数、淤泥侵蚀临界底床剪切应力、淤泥沉降临界剪应力、泥沙隐藏参数、悬沙初始浓度。其中，所有初始占比的值的和必须为1。

5.2 输运机制

在输运机制选项卡中，可选择激活推移质输沙或悬移质输沙。激活推移质输沙后可选择多种推移质输沙公式和相关参数，并可以考虑输沙修正过程，包括：二次流修正、底床坡度修正、推移质输沙方向修正、推移质输沙强度修正、表面摩擦力修正，及相关参数。激活悬移质输沙后可选择多种悬移质输沙公式和相关参数。

5.3 床层模型

在床层模型选项卡中，根据不同的泥沙类型可选择多层模型、多层固结床模型或Gibson模型。可以对活土层厚度、恒定活土层厚度、初始床层数、每个初始床层的厚度进行设置。

5.4 粘性泥沙输运

如果泥沙类型中存在粘性泥沙，则可展开粘性泥沙输运选项卡，并可以设置Krone-Partheniades侵蚀定律常数、固结床层数、淤泥床初始浓度。当床层模型选择了多层固结床模型时可以设置床层质量传输常数，当床层模型选择了Gibson模型时可以设置软土临界泥沙浓度。

5.5 泥沙级配

如果泥沙类型存在两种或两种以上，则可展开泥沙级配选项卡，并可以选择隐藏参数公式。

5.6 泥沙边界条件

在泥沙边界条件可基于在水动力设置中设置的流量边界添加泥沙边界条件，包括恒定悬沙浓度、时变悬沙浓度、平衡悬沙浓度和平衡输沙流量。

5.7 数值参数

在数值参数选项卡中，可以设置悬移质扩散常数、悬移质扩散项求解格式、悬移质对流项求解格式、悬移质对流格式选项和对流速度修正。

5.8 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的泥沙输运结果输出变量。其中，可选的输出变量包括水深、底部高程、底床演变、底床剪应力（总摩擦力）、推移质输沙量（合成量、X方向的推移质输沙量、Y方向的推移质输沙量）、底床总糙率、每泥沙对应的总输沙率、推移质输沙率、平均颗粒直径、各层每类的非粘性泥沙占比、各层厚度、各层每类非粘性颗粒的质量、各层每类粘性颗粒的质量、各层每类粘性颗粒的占比、每类泥沙的质量浓度。

6. 仿真计算

在结果配置选项卡中，可以选择耦合计算设置，包括水沙耦合求解或仅水动力求解。用户可以点击“开始计算”按钮提交计算。选项卡中会显示计算的开始时间和结束时间。点击展开左侧的“仿真计算”分支，可分别查看水动力和泥沙的结果云图、点位分析。

7. 计算结果

7.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示，点击播放按钮，既可看到计算结果变量（如水深、水位、流量、流速等）随时间变化的过程。用户可设置色阶类型和配色方案。同时，用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

7.2 点位分析

在点位分析选项卡中，选择点矢量，提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线，还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

7.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面，即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1 - 宁波姚江分岔口均匀推移质仿真

案例2 - 烟台海域泥沙推演仿真

案例3 - 长江入海口泥沙输运仿真

案例4 - 戴家洲推移质泥沙仿真

案例5 - 黄河郑州段沙洲淤积仿真

案例6-福建闽江分岔口悬移质仿真

案例7-还乡河泥沙输运仿真

案例8-建德三江交汇推移质仿真

案例9-湘江泥沙沉积仿真

案例10-长江武汉段泥沙运输仿真

三维泥沙

三维泥沙模块是用于计算泥沙输运、底床演变的模块，主要负责处理计算近床输沙、推移质输沙和地层演变过程，耦合水动力模块计算水体中的悬移质输沙过程，计算非粘性、粘性泥沙的输运和迁移。本基础教程将介绍三维泥沙建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-三维泥沙模块功能。

1. 矢量

在矢量数据选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建多边形、线、点类型的矢量形状。所创建的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中，用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

3. 网格

3.1 生成网格

在网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

3.3 网格设置

在三维模块中，可以点击网格设置选项卡，进行网格等分层数的定义。

4. 水动力设置

4.1 模型

点击展开左侧“水动力设置”下的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、源汇项进行设置。

4.1.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界、潮汐边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。对于潮汐边界，用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.1.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对垂直和水平两个方向的湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.1.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发量、时长等。可以设置的时变气象值有：风速、风向、气压等。

4.1.6 源汇项

在源汇项选项卡中，可选择点或面类型的源汇项，设置源汇项的名称坐标位置和三维空间中的高程、源汇项的流量，并可以添加常数或随时间变化的示踪物。

4.2 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

4.3 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括三维的高程（水位）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、Z方向流速）、示踪物；以及二维的水深、水位、高程、流量（X方向的流量、Y方向的流量、流量标量）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物等等。

5. 泥沙模型设置

点击展开左侧的“泥沙设置”-“模型”分支，用户可分别对泥沙性质、输运机制、床层模型、粘性泥沙输运、泥沙级配、泥沙边界条件、数值参数进行设置。

5.1 泥沙性质

在泥沙性质选项卡中，可添加一个或多个类型的泥沙，泥沙类型为非粘性或粘性，并设置对应的物理参数。其中，可设置的物理参数包括颗粒半径、初始占比、颗粒密度、床层孔隙度、临界Shields数、淤泥侵蚀临界底床剪切应力、淤泥沉降临界剪应力、泥沙隐藏参数、悬沙初始浓度。其中，所有初始占比的值的和必须为1。

5.2 输运机制

在输运机制选项卡中，可选择激活推移质输沙或悬移质输沙。激活推移质输沙后可选择多种推移质输沙公式和相关参数，并可以考虑输沙修正过程，包括：二次流修正、底床坡度修正、推移质输沙方向修正、推移质输沙强度修正、表面摩擦力修正，及相关参数。激活悬移质输沙后可选择多种悬移质输沙公式和相关参数。

5.3 床层模型

在床层模型选项卡中，根据不同的泥沙类型可选择多层模型、多层固结床模型或Gibson模型。可以对活土层厚度、恒定活土层厚度、初始床层数、每个初始床层的厚度进行设置。

5.4 粘性泥沙输运

如果泥沙类型中存在粘性泥沙，则可展开粘性泥沙输运选项卡，并可以设置Krone-Partheniades侵蚀定律常数、固结床层数、淤泥床初始浓度。当床层模型选择了多层固结床模型时可以设置床层质量传输常数，当床层模型选择了Gibson模型时可以设置软土临界泥沙浓度。

5.5 泥沙级配

如果泥沙类型存在两种或两种以上，则可展开泥沙级配选项卡，并可以选择隐藏参数公式。

5.6 泥沙边界条件

在泥沙边界条件可基于在水动力设置中设置的流量边界添加泥沙边界条件，包括恒定悬沙浓度、时变悬沙浓度、平衡悬沙浓度和平衡输沙流量。

5.7 数值参数

在数值参数选项卡中，可以设置悬移质扩散常数、悬移质扩散项求解格式、悬移质对流项求解格式、悬移质对流格式选项和对流速度修正。

5.8 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的泥沙输运结果输出变量。其中，可选的输出变量包括水深、底部高程、底床演变、底床剪应力（总摩擦力）、推移质输沙量（合成量、X方向的推移质输沙量、Y方向的推移质输沙量）、底床总糙率、每泥沙对应的总输沙率、推移质输沙率、平均颗粒直径、各层每类的非粘性泥沙占比、各层厚度、各层每类非粘性颗粒的质量、各层每类粘性颗粒的质量、各层每类粘性颗粒的占比、每类泥沙的质量浓度。

6. 仿真计算

在结果配置选项卡中，可以选择耦合计算设置，包括水沙耦合求解或仅水动力求解。用户可以点击“开始计算”按钮提交计算。选项卡中会显示计算的开始时间和结束时间。点击展开左侧的“仿真计算”分支，可分别查看水动力和泥沙的结果云图、点位分析。

7. 计算结果

7.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示，点击播放按钮，既可看到计算结果变量（如水深、水位、流量、流速等）随时间变化的过程。用户可设置色阶类型和配色方案。同时，用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

7.2 点位分析

在点位分析选项卡中，选择点矢量，提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线，还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

7.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面，即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1 - 荆江泥沙输运仿真

案例2 - 骆马湖泥沙沉积仿真

案例3 - 宁波姚江口泥沙分级仿真

案例4 - 汕头湾入海口泥沙输运仿真

案例5 - 太湖泥沙推移仿真

案例6 - 青海湖泥沙模拟仿真

案例7 - 纳木错湖泥沙沉积仿真

案例8 - 浦江分岔口推移质仿真

案例9 - 三峡大坝泥沙输运仿真

案例10 - 长江铜陵段泥沙输运仿真

二维河冰

格物云CAE-二维河冰模块可以用于湖泊、水库、河流、入海口等具有明显二维流动特性的区域的冰动力学仿真，广泛应用于冬季寒冷流域的河流结冰模拟、水库结冰和水温变化模拟以及港口海岸的水冰作用模拟。本基础教程将介绍二维河冰建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-二维河冰模块功能。

1. 矢量

在矢量选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建多边形、线、点类型的矢量形状。所创建的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中，用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

3. 网格

3.1 生成网格

在生成网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

4. 水动力设置

4.1 模型

点击展开左侧的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、潮汐模型进行设置。

4.1.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界、潮汐边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。对于潮汐边界，用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.1.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.1.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型、降雨-下渗模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发速率、时长、下渗率等。

4.1.6 潮汐

在潮汐选项卡中，用户可对潮差校准系数、潮位基准进行设置。

4.1.7 计算格式

在计算格式选项卡中，用户可以设置与求解格式相关的参数，包括：最大允许误差、最大迭代步数、高程平滑方式、负水深处理方式等。

4.2 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

4.3 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括水深、水位、高程、流量（X方向的流量、Y方向的流量、流量标量）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物。

5. 河冰设置

在河冰设置选项卡中，用户可以根据所需要考虑的各类冰动力学现象，调整相应的模型和具体参数，包括通用模型、水内冰模型、冰盖模型等，并在模型设置完成后配置所需要进行分析的结果。

5.1 模型

5.1.1 通用模型设置

河冰通用模型设置中，用户可以对研究区域的盐度、热能输入和平衡计算、水冰动力学通用参数和气象条件参数进行设置。

5.1.2 水内冰模型设置

水内冰模型设置中，用户可以对位于水内的冰晶进行配置，设置类型数目、直径厚度比以及冰点温度等，还可以对晶种模型、二次成核模型、水内冰晶的聚凝和破碎作用等模型进行详细配置。

5.1.3 冰盖模型设置

冰盖模型设置中，用户可以对位于水面的冰盖进行配置，选择不同的模型以及设置不同的校准系数。

5.1.4 河冰条件设置

河冰条件设置中，用户将对水体冰晶（水内冰）或水面冰盖的初始条件和边界条件进行设置，调整不同冰体的浓度或冰盖的厚度。

5.2 结果配置

在河冰模型的结果配置中，用户可以对河冰模型的输出频率进行设置，通过选择不同的输出变量在后续结果查看中得到各变量的云图、曲线等结果信息。

6. 仿真计算

在仿真计算选项卡中，用户可选择计算所需要的核数。点击“开始计算”按钮提交计算。需要注意的是，在首次河冰计算时，原则上应先进行“仅水动力求解”，确定水动力模型无误后，再进行“河冰耦合求解”。

7. 计算结果

7.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示，点击播放按钮，既可看到计算结果变量（如水深、水位、流量、流速等）随时间变化的过程。用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

7.2 点位分析

在点位分析选项卡中，选择点矢量，提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线，还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

7.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面，即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1 - 什刹海边界冰形成仿真

案例2 - 呼伦湖边界冰形成仿真

案例3 - 青海湖边界冰形成仿真

案例4 - 学子湖边界冰形成仿真

案例5 - 龙湖边界冰形成仿真预演

案例6 - 鸭绿江边界冰形成仿真预演

案例7-天池边界冰仿真预演

案例8-黄河边界冰仿真预演

案例9-渤海边界冰仿真预演

案例10-松花江边界冰仿真预演

三维河冰

格物云CAE-三维河冰模块可以用于湖泊、水库、河流、入海口等具有明显三维流动特性的区域的冰动力学仿真，广泛应用于冬季寒冷流域的河流结冰模拟、水库结冰和水温变化模拟以及港口海岸的水冰作用模拟。本基础教程将介绍三维河冰建模设置项，帮助用户快速了解格物云CAE-三维河冰模块功能。

1. 矢量

在矢量数据选项卡中，用户指定工程使用的坐标系，并选择矢量地图或卫星地图为底图，创建多边形、线、点类型的矢量形状。所创建的矢量形状用于接下来生成几何、生成网格、点位分析等操作。

2. 几何

2.1 生成几何

在生成几何选项卡中，用户把研究区域的外轮廓矢量形状指定为“主网格轮廓”，把研究区域内需要网格加密矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为可淹没区域；把研究区域内需要网格挖空的矢量形状设置为“子网格轮廓”，且设置为不可淹没区域。点击“生成几何”按钮后创建一个可用于网格划分的二维几何。

2.2 几何分组

在几何分组选项卡中，用户可以创建水动力边界。用户需设置分组名称和分组位置。

3. 网格

3.1 生成网格

在网格选项卡中，用户可选择“自动”或“手动”的方式设置网格尺寸。若选择“自动”，模块将基于几何的尺寸自动设置网格尺寸。若选择“手动”，用户需设置网格的尺寸范围：最大尺寸、最小尺寸。除了设置主网格以外，还可以添加子网格进行网格的局部加密。完成网格尺寸的设置后，点击“生成网格”按钮创建网格。

3.2 网格赋值

在网格赋值选项卡中，可以针对已经生成的网格进行高程、水深、水位、摩擦等进行赋值。赋值方式可选择常值或xyz/tif等数据赋值，并可自定义赋值范围，调整赋值边距。

3.3 网格设置

在三维模块中，可以点击网格设置选项卡，进行网格等分层数的定义。

4. 水动力设置

4.1 模型

点击展开左侧“水动力设置”下的“模型”分支，用户可分别对初始条件、边界条件、底部摩擦、湍流模型、天气因素、源汇项进行设置。

4.1.1 初始条件

在初始条件选项卡中，用户可以对研究区域的初始条件进行设置。可设定初始水深场、初始水位场、初始示踪物浓度场。初始值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.2 边界条件

在边界条件选项卡中，用户可对边界所在位置和边界条件属性、边界施加值进行设置。其中，可选边界属性包括：水位边界、流量边界、潮汐边界。水位、流量边界值的可选类型包括：常值、随时间变化的值、水位-流量关系等。对于潮汐边界，用户可上传潮汐数据文件及设置该文件的相关参数。

4.1.3 底部摩擦

在底部摩擦选项卡中，用户可对摩擦模型、摩擦值进行设置。其中，可选的摩擦模型包括：无摩擦、曼宁公式、谢才公式。底部摩擦系数值类型包括：全场均匀、随空间变化。

4.1.4 湍流

在湍流选项卡中，用户可对垂直和水平两个方向的湍流模型、扩散系数进行设置。其中，可选的湍流模型包括：均一模型、k-ε模型。

4.1.5 天气因素

在天气因素选项卡中，用户可对天气模型、气象值进行设置。其中，可选的天气模型包括：简化降雨模型、简化蒸发模型。选定天气模型后，用户需设置不同模型对应的参数，如降雨量、蒸发量、时长等。可以设置的时变气象值有：风速、风向、气压等。

4.1.6 源汇项

在源汇项选项卡中，可选择点或面类型的源汇项，设置源汇项的名称坐标位置和三维空间中的高程、源汇项的流量，并可以添加常数或随时间变化的示踪物。

4.2 计算时间

在计算时间选项卡中，可对时间步、总模拟时长进行定义。其中，时间步可设为固定值，也可以设置为随库朗数变化。

4.3 结果配置

在结果配置选项卡中，可根据需要选择特定的结果输出频率、输出变量。其中，可选的输出变量包括三维的高程（水位）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、Z方向流速）、示踪物；以及二维的水深、水位、高程、流量（X方向的流量、Y方向的流量、流量标量）、流速（X方向的流速、Y方向的流速、流速标量）、示踪物等等。

5. 河冰设置

在河冰设置选项卡中，用户可以根据所需要考虑的各类冰动力学现象，调整相应的模型和具体参数，包括通用模型、水内冰模型、冰盖模型等，并在模型设置完成后配置所需要进行分析的结果。

5.1 模型

5.1.1 通用模型设置

河冰通用模型设置中，用户可以对研究区域的盐度、热能输入和平衡计算、水冰动力学通用参数和气象条件参数进行设置。

5.1.2 水内冰模型设置

水内冰模型设置中，用户可以对位于水内的冰晶进行配置，设置类型数目、直径厚度比以及冰点温度等，还可以对晶种模型、二次成核模型、水内冰晶的聚凝和破碎作用等模型进行详细配置。

5.1.3 冰盖模型设置

冰盖模型设置中，用户可以对位于水面的冰盖进行配置，选择不同的模型以及设置不同的校准系数。

5.1.4 河冰条件设置

河冰条件设置中，用户将对水体冰晶（水内冰）或水面冰盖的初始条件和边界条件进行设置，调整不同冰体的浓度或冰盖的厚度。

5.2 结果配置

在河冰模型的结果配置中，用户可以对河冰模型的输出频率进行设置，通过选择不同的输出变量在后续结果查看中得到各变量的云图、曲线等结果信息。

6. 仿真计算

在仿真计算选项卡中，用户可选择计算所需要的核数。点击“开始计算”按钮提交计算。需要注意的是，在首次河冰计算时，原则上应先进行“仅水动力求解”，确定水动力模型无误后，再进行“河冰耦合求解”。

7. 计算结果

7.1 结果云图

计算结果以云图的方式展示，点击播放按钮，既可看到计算结果变量（如水深、水位、流量、流速等）随时间变化的过程。用户自由可调整显示色阶的最大值和最小值、当前显示的帧数、播放速度等。

7.2 点位分析

在点位分析选项卡中，选择点矢量，提取点位处所有结果变量随时间变化的曲线，还可以点击“下载”按钮下载数据表格。

7.3 断面流量

当用户在【结果配置】中勾选了输出断面，即可在此处查看所选择的断面流量随时间变化的过程线。

案例教程

案例1 - 松花江跑冰排景观模拟

设置项详解

结构力学仿真

流体力学仿真

水动力仿真

二维水动力模块功能详解

1. 界面简介

进入界面，顶部居中区域为本工程的名称。用户创建工程时会自动生成一个名称，用户可以根据需求进行修改，也可以在生成工程后，点击顶部的名称进行修改。

顶部右侧为用户管理，用户登录后即显示用户名，点击用户名即可进入【个人中心】，进行个人信息、核时、计算次数、储存空间、工程管理等设置。

模块的语言模式默认为【中文】，用户也可以切换为【英文】模式。

左侧为导航栏，按照建模计算的顺序，二维水动力模块分别包含【矢量】、【几何】、【网格】、【模型】、【计算时间】、【结果配置】、【仿真计算】、【计算结果】子模块。下文将详细介绍每个模块的功能及用法。用户通常需按顺序进行设置，即可完成从建模到后处理的全流程操作。

右侧大片区域为主视图，该区域主要用于展示地图、几何、网格等。

2. 矢量

进入矢量子模块后，此时主视图默认为矢量地图，用户可以在下方菜单栏中的【地图类型】切换【矢量图】和【卫星图】。

地图会根据用户所在的地理位置定位显示区域，用户可以按住鼠标右键或鼠标中键将地图拖拽到想要的位置。也可以通过下方菜单栏的省、市、区将地图定位到所需的位置。另外，菜单栏的右侧展示当前地图所在的经纬度坐标。

在矢量的选项卡中，首先需进行工程坐标系的设置，用户输入坐标系的EPSG代码即可，默认的坐标系为墨卡托投影坐标系（EPSG：3857）。

用户可以点击【本地上传】上传在其他软件创建的点、线、面矢量文件，上传时需同时选中上传一整套（即包含.cpg、.dbf、.prj、.shp、.shx文件）。

上传后点击地图右侧的自适应按钮，即可定位到矢量所在的位置。

用户可点击矢量图层名称进行重命名。点击右侧的【隐藏】可以暂时隐藏该矢量，以免引起遮挡。点击【编辑】后，进入编辑模式，通过拖拽原有的点，或新增点，修改矢量的形状。

除了直接上传矢量图层，用户也可以在地图右侧的操作栏分别点击对应的按钮创建点、线、面矢量，点矢量可用于点位数据分析，或作为点类型的源汇项；线矢量可作为断面，输出断面的流量；面矢量则用于生成几何画网格，或作为面类型的源汇项。

此外，操作栏中还有上传TIFF、测距、撤销、清除工具。

• 上传TIFF：除了根据地图影像创建矢量以外，还可以上传一个栅格格式（TIF/TIFF格式）的文件，根据文件渲染的形状信息创建矢量图层。点击【上传TIFF】按钮，点击【本地上传】，即可上传一个TIF/TIFF格式的文件，选择需要显示的【波段】，并调整数值显示的【区间】范围，即可在地图中显示渲染该文件。需要注意的是，所上传的文件需为WGS84椭球的经纬度坐标系（EPSG:4326）。

• 测距：点击【测距】按钮，在地图中连续点击，即可实现测量距离的功能，方便用户评估网格尺寸的大小。

• 撤销：点击【撤销】按钮即可撤销在地图中的上一步操作。

• 清除：点击【清除】按钮，则清除当前的所有矢量图层。

3. 几何

展开【几何】子模块，有【生成几何】和【几何分组】两个部分。

点击【生成几何】，用户将研究区域矢量轮廓设置为【主网格轮廓】。将需要网格加密的矢量轮廓设置为【子网格轮廓】，并且设置为【可淹没】区域。将不需要网格的区域设置为【子网格轮廓】，并且设置为【不可淹没】区域。

点击右下角的生成几何按钮，即可生成带有用户所设置属性的几何面，为下一步的生成网格做准备。

点击【几何分组】，点击【新增】，即可新增线分组，所添加的分组用于设置模型的边界条件，因此用户需要在此处将所有需要设置边界条件的位置都分别新增一个分组。

分组需要设置【分组名称】，名称必须以字母开头，可含数字、字母（大小写敏感）、连字符，0-64 位字符。【分组位置】则可以在主视图中进行点选，在主视图中，通过滚动鼠标滚轮可以放大、缩小几何图形，按住鼠标右键可以平移几何图形。当鼠标经过线段时，线段会变成绿色，选中线段后，线段的名称会出现在【分组位置】中，并且颜色会变成红色。值得注意的是，边界必须是位于研究区域的外轮廓上，同一个分组可以包含相连续的多条线段。

在如果所设置的边界较小，建议用户在画矢量时，画一个凸出研究区域的子轮廓，由此可以切分出一个合适的边界线段，作为边界组。

4. 网格

展开【网格】子模块，有【生成网格】和【网格赋值】两个部分。

点击【生成网格】，用户可设置网格尺寸。其中，主网格与【几何】模块中的【主网格轮廓】区域相对应。设置网格尺寸的方式有【手动】和【自动】两种，【自动】网格尺寸通常较为稀疏，一般来说用户需要进行【手动】设置网格尺寸。用户可以在【矢量】模块中使用【测距】功能，测量实际距离作为网格尺寸设置的依据，也可根据地形数据等数据分辨率进行尺寸的设置。针对需要网格加密的区域，用户在【子网格】中进行添加设置，设置对应的几何、网格最大尺寸、网格最小尺寸。

点击【生成网格】按钮后，稍等片刻等待网格生成，完成后用户即可在主视图中查看网格，主网格的网格相对稀疏，子网格区域网格较密，不可淹没区域没有生成网格。

点击【网格赋值】，用户可以在网格中分别对【高程】、【水深】、【水位】、【摩擦】、【CN值】、【FC值】、【KS值】变量进行赋值。赋值操作不可撤销，但是同一个变量可以进行多次赋值，新的赋值会覆盖旧值。

• 高程：即通俗理解下的“海拔”高度，所谓水往低处流，因此对于二维水动力仿真，高程是必须要赋值的变量，高程数据的精度也会严重影响计算结果。

• 水深、水位：若用户只希望将整个研究区域设置为同一个初始水深/水位，则只需要【模型】中的【初始条件】进行设置，不需在此步骤中赋值。若用户希望在不同区域设置不同水深，则需要在此步骤中进行水深赋值。通常的做法是将河流、湖泊区域的水深/水位设置为某一常值，陆地区域的水深设置为0。其中，水位=高程+水深。

• 摩擦：若用户只希望将整个研究区域设置为同一个摩擦系数，则只需要【模型】中的【底部摩擦】进行设置，不需在此步骤中赋值。若用户希望在不同区域设置不同的摩擦系数，则需要在此步骤中进行摩擦赋值。用户可以将不同的下垫面区域设置为不同的摩擦系数，比如绿地的摩擦系数较大，水泥地的摩擦系数相对较小。或者在模型率定阶段，对比计算值与监测值，进行底部摩擦的修改。

• CN值：若用户在【模型】的【天气因素】选择了【降雨-下渗模型】，且【下渗模型】选择了【径流曲线法SCS-CN】，则必须在此步骤中赋值CN值。CN值表征下渗率，用户可以将不同的下垫面区域设置为不同的下渗率，取值范围是0~100，CN值越大表示下渗率越小。

• FC值：若用户在【模型】的【天气因素】选择了【降雨-下渗模型】，且【下渗模型】选择了【霍顿产流模型Horton】，则必须在此步骤中赋值FC值。FC值表征稳定入渗率，单位为mm/h。FC值越大，则入渗越快。

• KS值：若用户在【模型】的【天气因素】选择了【降雨-下渗模型】，且【下渗模型】选择了【格林-安普模型Green-Ampt】，则必须在此步骤中赋值KS值。KS值表征土壤饱和导水率，单位为cm/min。KS值越大，则表示土壤在饱和前的下渗导水越快。

用户可以在【名称】中对赋值操作进行命名。选择【赋值范围】，赋值范围可以选择【矢量】模块中创建的面矢量。【数值数据类型】包括【常量】、【TIF/XYZ-Value型数据】，当用户选择【常量】，则将范围内的网格节点都赋值同一个数值；当用户选择【TIF/XYZ-Value型数据】，则将TIF格式的数据，或包含X、Y、Value三列的文本数据线性插值并赋值到网格节点中。其中，当用户选择【TIF/XYZ-Value型数据】，文件可以是用户自行上传，但需要注意的是所上传的数据需要与【矢量】模块中设置的坐标系一致，否则坐标不匹配会导致赋值不成功。此外，用户也可以使用【中国城市高程数据库】中的数据进行高程的赋值，数据库中的高程数据是公开的30米分辨率高程数据，在使用该数据时，【矢量】模块中坐标系需要设置为EPSG:3857坐标系。

5. 模型

展开【模型】子模块进行模型参数设置，【模型】子模块包括【初始条件】、【边界条件】、【底部摩擦】、【湍流】、【天气因素】、【源汇项】、【潮汐】、【计算格式】。

5.1 初始条件

点击【初始条件】，打开初始条件选项卡，用户可在此处设置初始水深/水位。通常来说，用户需要在河流、湖泊、海洋区域设置初始水深/水位。另外，如果需要设置流量边界或潮汐边界，那么边界处必须有水，否则计算不收敛。

若用户只希望将整个研究区域设置为同一个初始水深/水位，则只需要设置【均匀】初始场，并选择【水深】或【水位】，并设置初始值。若用户希望在不同区域设置不同水深，则需要在【网格赋值】中进行水深赋值，并在此处选择【非均匀】。

若用户希望在计算中考虑示踪物，则需要在此处打开【是否有示踪物】的开关，并添加不同种类的示踪物。其中，示踪物的名称必须以字母开头，可含数字、字母（大小写敏感）、连字符组成，4-64 位字符。示踪物的浓度单位不定，用户只要知道结果的浓度与设置浓度的单位一致即可。

5.2 边界条件

点击【边界条件】，打开边界条件选项卡，用户可在此处设置不同的边界条件。边界类型可以选择【水位边界】、【流量边界】、【潮汐边界】。

• 水位边界

  通常会将出口边界设置为水位边界，水位边界可以设置为固定值，也可以设置随时间变化的曲线。用户点开表格按钮即可设置一个时间-水位表格，定义水位随时间变化的过程，表格可以一行一行地手动添加，也可以下载模板后，在本地进行填写或粘贴已有的监测数据，填写完毕后再上传至平台中。

  

  此外，还可以修改表格的表头，设置一条水位-流量曲线，曲线数据通常来源于实测数据，曲线的形状取决于该断面的形状。

  

  

• 流量边界

  流量边界通常设置在入口边界，水位边界可以设置为固定值，也可以设置随时间变化的曲线。流量过程曲线可以是水库泄洪流量、洪水来流过程等。

  

• 潮汐边界

  潮汐边界通常设置在入海口边界，若用户使用潮汐边界，通常需要在海潮数据库中下载潮汐数据，数据通常包含潮汐的水位和速度。目前平台支持比较常用的TPXO数据库的数据。用户只需上传从潮汐数据库下载的水位文件、速度文件，并设置文件的起始时间及坐标系等信息，即可完成潮汐边界的设置。

  潮汐边界的设置可以研究在潮汐的影响下，入海口的水流流态变化、污染物扩散等现象，结合泥沙模拟，还可以模拟入海口在长期潮汐影响下泥沙堆积等现象。

  
  

在设置边界条件时，若用户希望在边界处设置有示踪物的输入或输出，则打开示踪物的开关，进行示踪物浓度变化的设置。

最后，边界条件需设置施加的位置，可选项为【几何】模块中添加的分组。需要注意的是，出口、入口边界条件必须施加在整个模型的最外轮廓上。若用户不设置任何边界条件，则默认认为所有边界都为“墙边界”，即水不能穿过边界。

5.3 底部摩擦

点击【底部摩擦】，打开底部摩擦选项卡，用户可在此处设置不同的摩擦模型。摩擦模型默认为【无摩擦】，用户可修改为【曼宁公式】或【谢才公式】两种摩擦模型。

若用户只希望将整个研究区域设置为同一个摩擦系数，则只需要选择【均匀】并设置一个摩擦系数。若用户希望在不同区域设置不同的摩擦系数，则需要在【网格赋值】中进行摩擦赋值，并在此处选择【非均匀】。

5.4 湍流

点击【湍流】，打开湍流选项卡，用户可在此处设置不同的湍流模型。湍流模型默认为【均一模型】，用户可修改为【k-e模型】。在二维水动力计算中，两种模型的计算结果相差不大，三维水动力计算才会有相对明显的差异。通常【均一模型】的计算相对较容易收敛，【k-e模型】的收敛时间较长。

5.5 天气因素

点击【天气因素】，打开天气因素选项卡，用户可在此处设置不同的天气因素。

用户可选择【简化降雨模型】进行简单的降雨设置，用户只需输入降雨强度（多少毫米/天）、降雨时长即可，模型会在第0秒开始降雨，当时间到达降雨时长后，降雨停止。

用户可选择【简化蒸发模型】进行简单的蒸发设置，用户只需输入蒸发速率（多少毫米/天）、蒸发时长即可，模型会在第0秒开始蒸发，当时间到达蒸发时长后，蒸发停止。

用户可选择【降雨-下渗模型】进行相对复杂的降雨及水文产汇流模型设置。

用户点击【降雨量】处的表格按钮设置随时间变化的降雨过程。降雨量数据可以从降雨预报、雨量站监测、统计公式计算（比如N年一遇的降雨）。

下渗模型可以选择【径流曲线法SCS-CN】、【霍顿产流模型Horton】、【格林-安普模型Green-Ampt】，每个模型的原理不在此赘述，选择了模型后，需要设置相对应的模型参数。

• 若用户在【下渗模型】选择了【径流曲线法SCS-CN】，则必须在【网格赋值】中赋值CN值。CN值表征下渗率，用户可以将不同的下垫面区域设置为不同的下渗率，取值范围是0~100，CN值越大表示下渗率越小。

• 若用户在【下渗模型】选择了【霍顿产流模型Horton】，则必须在【网格赋值】中赋值FC值。FC值表征稳定入渗率，单位为mm/h。FC值越大，则入渗越快。

• 若用户在【下渗模型】选择了【格林-安普模型Green-Ampt】，则必须在【网格赋值】中赋值KS值。KS值表征土壤饱和导水率，单位为cm/min。KS值越大，则表示土壤在饱和前的下渗导水越快。

  

5.6 源汇项

点击【源汇项】，打开源汇项选项卡，用户可在此处设置源项和汇项。

源项是指往外冒水的物体，如河边的管网出水口、满溢的井口、污染源等。汇项是指抽水的物体，比如抽水泵车、管网井口、泵站等等。

源汇项的几何类型可以选择【点】和【面】，当选择【点】时，用户可以【源汇项位置】中选择【矢量】子模块中创建过的点；当选择【面】时，用户可以【源汇项位置】中选择【矢量】子模块中创建过的面。

用户可在【流量】中设置恒定的流量，或者点开表格按钮设置随时间变化的流量。

用户可打开【是否有示踪物】，进行源汇项的示踪物设置。比如可以在模型中设置一个水体中的污染源、净水仪器等。

5.7 潮汐

点击【潮汐】，打开潮汐模型项卡，用户可在此处设置潮汐模型的参数。

• 潮差校准系数：潮差校准系数将同时作用于研究区域内所有潮汐数据，计算过程中将潮汐数据乘上一个倍数（即用户所设置的潮差校准系数）。

• 潮位基准：即潮汐数据的潮位基准平面所在的位置。

  

5.8 计算格式

点击【计算格式】，打开计算格式选项卡，用户可在此处设置与计算格式相关的参数。

用户点击设置【最大允许误差】，设置计算每一步所允许的最大误差，计算过程中，当误差小于最大允许误差，则认为计算迭代收敛并接着下一个时间步的计算。用户点击设置【最大迭代次数】，设置每个时间步内可允许迭代的次数。在【高程平滑】中，用户可选择对高程进行自动平滑，平滑高程变化过于剧烈的位置，阶数越高，平滑效果越明显。但为了保持高程的真实性，用户通常选择不平滑。在【负水深处理方式】，中用户可以选择【允许负水深出现】和【不允许负水深出现】

• 允许负水深出现：计算过程中质量守恒，但可能会出现轻微的负水深情况。
• 不允许负水深出现：通过改变计算格式，增加迭代步数，避免负水深的出现，但会增加计算耗时。
  

6. 计算时间

点击【计算时间】，用户可设置【时间步】、【总模拟时长】。

用户设置时间步长时，为了计算的收敛，可以参考库朗数，库朗数的物理意义是时间步长内流体运动距离与网格长度的比值，即：

通常库朗数保持在1左右是较理想的，因此用户可以将Co估计为1，估算水流的速度并代入U，估算网格的平均长度并代入△x，因此计算出较为合适时间步长△t。

如果计算的时间步长固定，则用户在【时间步】中填入数值。用户也可以打开【时间步长随库朗数变化】，并填入【期待库朗数值】，时间步长则自动根据库朗数进行调整。不论时间步长是否固定，用户都需要填写【总模拟时长】，当计算达到总模拟时长时，计算完成。

7. 结果配置

点击【结果配置】，用户可设置结果【输出频率】和【输出变量】。

用户通过设置【输出频率】设置结果保存的频率，通过勾选【输出变量】中的变量，选择需要保存的变量。其中，断面流量会自动同步【矢量】模块中的线类型矢量，用户可勾选所需的断面，输出该断面随时间变化的曲线和数据。

8. 仿真计算

点击【仿真计算】，用户可选择并行计算的核数，并点击【提交计算】按钮开始计算。计算开始后会出现一个计算的进度条，此时用户可以点击【取消】终止计算。当进度条到达100%时则计算完成，此时点击【查看结果】可以进行结果的查看，也可以修改模型参数后【重新计算】。

9. 计算结果

点击【计算结果】，用户分别查看【结果云图】、【点位分析】、【断面流量】。

点击【结果云图】，用户即可查看结果云图。顶部的三个按钮分别为上一帧、自动播放、下一帧，进度条表示所播放的进度，进度条后的数字为当前帧/总帧数，时间为当前帧对应的物理时间，用户可以在物理场切换展示不同的变量云图，点击调色盘可以调整显示色阶的最大值和最小值。

在主视图中，用户可以通过鼠标滚轮放大、缩小云图，按住鼠标右键可以平移云图，点击右上角的按钮可以复位至初始位置。

展开【点位分析】，发现【矢量】模块中的点类型矢量自动同步至此处，主视图中显示对应点的每个结果变量随时间变化的曲线，用户可点击线图上方的变量切换变量的可见/不可见，点击右上方的数据按钮可查看数据表格，点击下载按钮可保存线图。如果用户希望新增分析的点位，只需到【矢量】模块添加点类型矢量，再回到【点位分析】即可，不需重新提交计算。

展开【断面流量】，即可查看断面流量随时间变化的曲线。如果用户希望新增所输出的断面流量，则需要【矢量】模块添加线类型矢量，并在结果配置中勾选所添加的断面，并重新提交计算。

模型及原理

结构力学仿真

流体力学仿真

水动力仿真

入门案例

结构力学仿真

静力分析

案例1 - 小椅子静力分析

1.案例介绍

本案例旨在介绍人坐在椅子上对椅子的力学特性产生的影响。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何导入模型网格
  • 学习如何设置模型与材料相关选项
  • 学习如何求解计算
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格，本案例网格名为chair_ground_MED。如下图所示：

步骤二：接触设置

设置线性接触，软件中的接触类型有：绑定、相对滑动、旋转对称三种。点击“线性接触”后的“+”。设置如下图所示：

步骤三：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在静力学模块中，单元类型可以设置为三维完全积分单元与三维缩减积分单元两种；网格类型可分为一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤四：全局模型设置

全局模型设置即设置模型的加速度载荷，设置如下图所示：

步骤五：材料设置

材料是有限元计算中必须设置的内容，软件可以通过材料的相关设置组装出模型的质量、刚度等矩阵。本案例点击材料后的“+”，定义材料属性为“水泥”，施加位置为体ground_V。设置如下图所示：

再次点击材料后的“+”，定义材料属性为“木材”，施加位置在from_chair。如下图所示：

步骤六：边界条件设置

对有限元计算，总体而言就是解微分方程。其平衡方程为： $$ \sigma {ij,j}+f{i}=0 $$ 几何方程为： $$ \varepsilon {ij}=\frac{1}{2}(u{i,j}+u_{j,i}) $$ 物理方程为： $$ \sigma {ij}=D{ijkl}\varepsilon {kl} $$ 对非线性材料行为材料刚度张量D变为*D($\varepsilon{kl}){ijkl}$*
载荷边界条件： $$ T{i}=\sigma_{ij} n_{j} $$ 位移边界条件： $$ u=\bar{u} $$ 要保证方程有定解，则需要引入一些条件，此类条件即为边界条件。以本案例为例，点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“固定支撑”，施加位置为底面ground_down。设置如下图所示：

再次点击“+”，添加“压强”，施加面在from_back。如下图所示：

再次点击“+”，添加“离散点绑定力”，施加面在from_seat。如下图所示：

步骤七：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。
限元格式的得出是建立在最小势能原理的基础上即真实世界中物体所处的平衡状态必须满足势能的变分为零这一条件:
$$ \delta (U+V)=0 $$ 以本案例为例，采用LDLT计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤八：时间步设置

采用默认设置，如下图所示：

步骤九：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：

案例2 吊耳静力学分析（线性）

1.案例介绍

在化工行业和能源行业中，存在许多大型的重型设备。这些设备在工程建设、设备安装及运输过程中都需要经历重要的起重吊装作业，如下图所示。吊耳是设备进行吊装的关键受力构件，其强度和稳定性直接影响设备吊装过程的安全，在其设计阶段有必要对其进行分析校核以保证吊装作业过程中的安全性。该案例研究的是吊装过程中板式吊耳的稳定性，在吊装工况下分析板式吊耳的应力状况， 此案例为吊耳静力学仿真案例，研究的是吊装过程中轴式吊耳的稳定性，在吊装工况下分析吊耳的应力状况。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置吊耳模型与材料相关选项
  • 学习如何合理设置吊耳边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为lug_MED

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件。本案例的网格名为lug_MED.med。如下图所示：

步骤三：单元设置

单元设置使用系统默认设置即可。

步骤四：全局模型设置

全局模型设置即设置模型的加速度载荷.设置沿Z轴负向的重力加速度，大小为9.8m/s2。设置如下图所示：

步骤五：材料设置

材料是有限元计算中必须设置的内容，软件可以通过材料的相关设置组装出模型的质量、刚度等矩阵。吊耳一般由钢所制，因此点击材料后的“+”，定义材料属性为“钢”，施加位置为体lug（图中箭头位置可以调节组元的展示方法）。

步骤六：边界条件设置

对有限元计算，总体而言就是解微分方程。要保证方程有定解，则需要引入一些条件，此类条件即为边界条件。以本案例为例，点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“固定支撑”，施加位置为底面bottom，设置如下图所示：

步骤七：求解器&时间步设置

本案例求解器采用默认设置，如下图所示：

本案例采用多分析步，结束时间为5s，时间步长设为1s。

步骤八：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。如下图所示：

步骤九：查看计算结果

点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称，“播放键”可以让云图自动按时间播放。

等效应力

因为现实中物体往往处于复杂应力状态，等效应力即通过一个标量来表示物体一点的受力程度。
$$ \sigma _{eq}=\frac{1}{\sqrt2}[(\sigma _{1}-\sigma {2})^{2}+(\sigma {2}-\sigma {3})^{2}+(\sigma {1}-\sigma {3})^{2}]=\sqrt{3J{2}} $$ 其中，*$J{2}$*为应力偏张量第二不变量。*$\sigma{1}$、$\sigma{2}$、$\sigma{3}$*分别为大主应力，中主应力，小主应力 下图展示了吊耳在受力作用下的等效应力：

总变形

下图展示了吊耳在受力作用下的总变形：

案例3 拱坝拟静力分析（非线性）

1.案例介绍

拱坝是一种建筑在峡谷中的拦水坝，做成水平拱形，凸边面向上游，两端紧贴着峡谷壁。是指一种在平面上向上游弯曲，呈曲线形、能把一部分水平荷载传给两岸的挡水建筑。在大坝设计阶段常常使用仿真软件计算其在真实工况下的应力应变，从而保证大坝结构的合理性。仿真的优势在于可以通过计算机快速获得结构体的力学结果，从而减少前期的实验成本。 本案例通过对坝基施加X、Y向随时间变化的力来模拟地震荷载，研究在地震荷载下的大坝稳定性。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置拱坝模型与材料相关选项
  • 学习如何合理设置拱坝边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图 本案例使用的网格模型为lug_MED

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为dam_MED.med。如下图所示：

步骤二：打开非线性开关

本案例采用非线性分析。点击“静力学分析”，打开“非线性效应”开关。如下图所示：

步骤三：设置线性接触

点击“线性接触”后的“+”，弹出“线性接触1”，在这里设置绑定连接，主接触面为体foundation，从接触面为面INTER。（图中箭头位置可以调节组元的展示方法）

步骤四：单元设置

采用默认设置即可，如下图所示：

步骤五：全局模型

设置沿Z轴负向的重力加速度，大小为9.8m/$s^2$。

步骤六：材料设置

点击材料后的“+”，定义材料属性为“水泥”，施加位置为体allbody。如下图所示：

步骤六：边界条件与荷载

根据大坝的实际受力情况，大坝主体部分会受到水的压力，且每个分量中的压力大小和方向是一致的。因此使用面分布载荷模拟水压力。
点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“面分布荷载”，施加位置在面upstr，大小为100000Pa。具体设置如下图所示：

由于大坝底座与地面间并非同一个结构，因此本案例使用弹性支承作为大坝模型的约束。

再次点击“+”，添加“弹性支撑”，弹簧刚度设置为各向同性，刚度设为1e14N/m。如下图所示

本案例使用体分布载荷模拟地震载荷，此类载荷可以直接作用到模型的对应位置以及内部，且载荷在x与y方向上是随时间呈正弦与余弦的变化，从而达到地震载荷的效果。具体设置如下图所示：

步骤七：求解器&时间步设置

本案例求解器采用默认设置，如下图所示：

本案例结束时间设为10s，最大时间步长设为1s，其余采用默认设置。如下图所示：

步骤八：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。如下图所示：

步骤九：查看计算结果

点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称，“播放键”可以让云图自动按时间播放。

下图展示了大坝的等效应力：

总变形

下图展示了大坝在受力作用下的总变形：

案例4 厂房稳定性分析

工业厂房按其建筑结构型式可分为单层工业建筑和多层工业建筑。多层工业建筑的厂房绝大多数见于轻工、电子、仪表、通信、医药等行业，此类厂房楼层一般不是很高。机械加工、冶金、纺织等行业的生产厂房一般为单层工业建筑，并且根据生产的需要，更多的是多跨度单层工业厂房，即紧挨着平行布置的多跨度厂房，各跨度视需要可相同或不同。单层厂房在满足一定建筑模数要求的基础上视工艺需要确定其建筑宽度（跨度）、长度和高度。厂房的跨度一般为6、9、12、15、18、21、24、27、30、36m……。厂房的长度L：少则几十米，多则数百米。厂房的高度H：低的一般5～6m，高的可达30～40m，甚至更高。 另外，根据工业生产连续性及工段间产品运输的需要，多数工业厂房内设有吊车，其起重量轻的可为3～5t，大的可达数百吨（目前机械行业单台吊车起重量最大可达800t）。 本案例以30m×20m×8m二层框架结构模拟工业厂房，研究厂房在运维状况下的静力特性。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置厂房模型与材料相关选项
  • 学习如何合理设置厂房边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为factory_MED

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格，本案例网格名为factory_MED.med。如下图所示：

步骤二：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在静力学模块中，单元类型可以设置为三维完全积分单元与三维缩减积分单元两种；网格类型可分为一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤三：全局模型

设置沿Z轴负向的重力加速度，大小为9.8m/$s^2$。具体设置如下图所示：

步骤四：材料设置

点击材料后的“+”，定义材料属性为“水泥”，施加位置为体ALL。如下图所示（图中箭头位置可以调节组元的展示方法）：

步骤五：边界条件与荷载

厂房楼上的铺装导致的受力由面载荷提供。点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“面分布荷载”，施加位置为顶面top和二层楼板floor2；大小设为10000Pa。具体设置如下图所示：

厂房的地基由弹性支承模拟。再次点击“+”，添加“弹性支撑”，施加面在底面bottom，弹簧刚度设为“各向同性”，刚度K设置为1e10N/m。具体设置如下图所示：

厂房二楼的设备重量可由节点力表示。点击“+”，添加“节点力荷载”，施加位置为node_force，大小设为-5000000N。具体设置如下图所示：

厂房受到的风载可由面力载荷表示。点击“+”，添加“面力荷载”，施加位置在右侧壁面wall_R,力的方向沿X轴方向，荷载大小用公式表达，与高度Z相关：

厂房一楼由于设备引起的载荷可由附加质量表示。点击“+”，添加“附加质量”，施加位置在一楼楼板floor1。

步骤六：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用LDLT计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤七：时间步设置

采用默认设置，如下图所示：

步骤八：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤九：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：

案例5 螺栓预紧力

预紧可以提高螺栓连接的可靠性、防松能力和螺栓的疲劳强度，增强连接的紧密性和刚性。事实上，大量的试验和使用经验证明：较高的预紧力对连接的可靠性和被连接的寿命都是有益的，特别对有密封要求的连接更为必要。但是过高的预紧力，如若控制不当或者偶然过载，也常会导致连接的失效。因此，准确确定螺栓的预紧力是非常重要的。
此案例模拟了一个由螺栓连接的法兰结构在底部固定的情况下受到螺栓预紧力时的受力表现。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置螺栓模型与材料相关选项
  • 学习如何合理设置螺栓边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为preload

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格，本案例网格名为preload.med。如下图所示：

步骤二：打开非线性

点击“静力学分析”，打开“非线性效应”开关。

步骤三：设置非线性接触

首先点击“非线性接触”，在“摩擦”选项选择“库伦法”，其余采用默认设置即可。

步骤四：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在静力学模块中，单元类型可以设置为三维完全积分单元与三维缩减积分单元两种；网格类型可分为一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤五：全局模型

设置沿Z轴负向的重力加速度，大小为9.8m/$s^2$。具体设置如下图所示：

步骤六：材料设置

点击材料后的“+”，定义材料属性为“铁”，施加位置如下图所示。（图中箭头位置可以调节组元的展示方法）：

步骤七：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“固定支撑”。

再次点击“+”，添加“压强”。

点击“+”，添加“螺栓预紧力”。

步骤八：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤九：时间步设置

时间步设置——结束时间设为6s，最大时间步长设为0.6s，其余采用默认设置。

步骤十：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的物理场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十一：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：

案例6 轴承连接仿真分析

轴承是当代机械设备中一种重要零部件。它的主要功能是支撑机械旋转体，降低其运动过程中的摩擦系数，并保证其回转精度。在机械行业中，轴承被极其广泛的应用各种机器中，为了保证其安全性，有必要分析它的受力情况，以便采取对应的措施。

该案例模拟了轴承结构内部零部件间的连接，并得到轴承受压后的应力情况。模型简化图如下图所示：

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置轴承结构与材料相关选项
  • 学习如何合理设置轴承边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为bearing

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格，本案例网格名为bearing.med。如下图所示：

步骤二：设置线性接触

点击“线性接触”后的“+”，创建两个线性接触，连接方法均使用“绑定”及其它默认设置。

步骤三：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在静力学模块中，单元类型可以设置为三维完全积分单元与三维缩减积分单元两种；网格类型可分为一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤四：全局模型

设置沿Z轴负向的重力加速度，大小为9.8m/$s^2$。具体设置如下图所示：

步骤五：材料设置

点击材料后的“+”，定义材料属性为“铁”。如下图所示：

步骤六：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“压强”，压强的值使用表格输入。

再次点击“+”，添加“位移约束”

再次点击“+”，添加“对称约束”

步骤七：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤八：时间步设置

采用“多分析步”，结束时间为5s，步长为1s，计算核数调到4。

步骤九：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：

案例7 橡胶压缩分析

橡胶行业是国民经济的重要基础产业之一。它不仅为人们提供日常生活不可或缺的日用、医用等轻工橡胶产品，而且向采掘、交通、建筑、机械、电子等重工业和新兴产业提供各种橡胶制生产设备或橡胶部件。因此，有必要对橡胶对于相关的受力分析以检验其是否满足需求的性能。本案例主要为验证橡胶这种超弹性材料在受挤压时的力学特性。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置超弹性材料相关选项
  • 学习如何合理设置橡胶边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为rubber_MED

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格，本案例网格名为rubber_MED.med。如下图所示：

步骤二：打开非线性

点击“静力学分析”，打开“非线性效应”开关。

步骤三：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在静力学模块中，单元类型可以设置为三维完全积分单元与三维缩减积分单元两种；网格类型可分为一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。此处采用默认设置，如下图所示：

步骤四：全局模型

这里不考虑重力的影响，故设重力加速度为0m/$s^2$，方向任意即可。具体设置如下图所示：

步骤五：材料设置

点击“材料”，设置全局属性。在“材料本构行为”选择“超弹性材料”，在“超弹性模型”处选择“多项式超弹性模型”， 并输入对应的参数

步骤六:初始条件

点击“初始条件”下面的“位移”，对全局设置Z向的初始位移。

步骤七：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“固定支撑”。

再次点击“+”，添加“压强”，其中压强以表格的形式给出。

步骤八：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤九：时间步设置

时间步设置——结束时间设为2s，最大时间步长设为0.1s，其余采用默认设置。

步骤十：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的物理场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十一：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：

案例8 机械转子静力学分析

1.案例介绍

工业设备中有大量的旋转机械，如风机，压缩机，离心机，汽轮机等设备，由于比较高的旋转速度，其旋转产生的离心力对结构的作用就无法忽略。 在对机械转子来进行有限元分析时，因旋转而产生的惯性载荷离心力对其本体的静，动态特性有着非常大的影响。 本案例以机械转子的一部分为例，研究离心力对转子静力学特性的影响。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置转子模型与材料相关选项
  • 学习如何合理设置转子模型的边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为rotor_MED

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格，本案例网格名为rotor_MED.med。如下图所示：

步骤二：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在静力学模块中，单元类型可以设置为三维完全积分单元与三维缩减积分单元两种；网格类型可分为一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤三：全局模型

本案例不考虑重力加速度，大小为设为0m/$s^2$，方向任意即可。具体设置如下图所示：

步骤四：材料设置

点击材料后的“+”，定义材料属性为“钢”，施加位置为体ALL。如下图所示：

步骤五：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“离心力荷载”。具体设置如下图所示：

再次点击“+”，添加“固定支撑”，具体设置如下图所示：

步骤六：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤七：时间步设置

采用单分析步，使用默认设置，如下图所示：

步骤八：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤九：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：

案例9 飞轮静力仿真

1.案例介绍

飞轮，是安装在机器回转轴上的具有较大转动惯量的轮状蓄能器，可以用来减少机械运转过程的速度波动。如果速度过高，会引起飞轮的过度变形，进而使飞轮崩裂，造成严重的工程事故，因此必须对飞轮的结构进行深入的分析，研究其在工作状态下变形情况，以便采取防护措施。
本案例研究在离心力和旋转约束下的飞轮受力状态。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置飞轮模型与材料相关选项
  • 学习如何合理设置飞轮边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为flywheel_MED

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为flywheel_MED.med。如下图所示：

步骤二：打开非线性开关

本案例采用非线性分析。点击“静力学分析”，打开“非线性效应”开关。如下图所示：

步骤三：单元设置

采用默认设置即可，如下图所示：

步骤四：全局模型

设置沿Z轴负向的重力加速度，大小为9.8m/$s^2$。

步骤五：材料设置

点击材料后的“+”，定义材料属性为“钢”，施加位置为体ALL。如下图所示：

步骤六：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“离心力荷载”。具体设置如下图所示：

再次点击“+”，添加“旋转约束”，如下图所示

步骤七：求解器&时间步设置

本案例求解器采用默认设置，如下图所示：

本案例结束时间设为1s，最大时间步长设为0.2s，其余采用默认设置。如下图所示：

步骤八：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。如下图所示：

步骤九：查看计算结果

点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称，“播放键”可以让云图自动按时间播放。

下图展示了飞轮的等效应力：

下图展示了飞轮在受力作用下的总变形：

案例10 压力容器静力学仿真

1.案例介绍

压力容器是内部或外部承受气体或液体压力、并对安全性有较高要求的密封容器。在工业场景中广泛出现，压力容器的质量对于工业安全非常重要，在很多意外事故中，起因都是因为压力容器出现了微小的裂缝。
本案例研究在受内部压强下压力容器与底座的静力分析。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置压力容器模型与材料相关选项
  • 学习如何合理设置飞轮边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为vessel_MED

步骤一：导入网格

进入静力学分析模块，点击“静力学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为vessel_MED.med。如下图所示：

步骤二：打开非线性开关

本案例采用非线性分析。点击“静力学分析”，打开“非线性效应”开关。如下图所示：

步骤三：设置非线性接触

首先点击“非线性接触”，在“摩擦”选项选择“库伦法”，非线性算法、摩擦算法以及接触算法选择“固定点法”，其余采用默认设置即可。

步骤四：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在静力学模块中，单元类型可以设置为三维完全积分单元与三维缩减积分单元两种；网格类型可分为一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤五：全局模型

设置沿Y轴负向的重力加速度，大小为9.8m/$s^2$。具体设置如下图所示：

步骤六：材料设置

点击材料后的“+”，定义材料属性为“钢”，施加位置如图

步骤七：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，选择“固定支撑”。

再次点击“+”，添加“压强”。

点击“+”，添加“对称约束”。

步骤八：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤九：时间步设置

时间步设置——结束时间设为1s，最大时间步长设为0.1s，其余采用默认设置。

步骤十：结果设置&计算

可在结果设置中选择所需的物理场，如下图所示：

点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十一：结果展示

查看计算结果——点击“结果云图”。在“物理场”下拉菜单中可以设置不同结果的名称。具体结果如下图所示：

传热分析

案例1 墙壁传热学分析

1.案例介绍

在大多数的情况下，室内外都会存在温差，特别是处于寒冷地区，冬季需要采暖的建筑物以及有些因夏季炎热而需要在室内使用空调的建筑物，其外墙两侧的温差有时甚至可以达数十度之多。
本案例研究水泥墙内外壁的导热情况，模型忽略对流传热，简化为导热模型。主要是通过简单的传热模型来展示使用传热学分析模块的基本流程。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Mwall

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Mwall.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“关”，“时变特性”为“稳态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建一个兴趣点，并设置坐标（0,0,0）。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤六：材料设置

点击材料后的“+”，定义材料属性为“水泥”，施加位置如图（右侧箭头处可以选择分组的属性）

步骤七：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界，点击“温度”边界，施加面在外表面。

再次点击“+”，添加边界“温度”，施加位置在内表面。

步骤八：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤九：时间步设置

采用默认设置。

步骤十：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算”

点击后面的“+”，计算“平均值”和“均值”，其中平均值计算外墙壁“热通量”，极值计算内壁“温度”

3）体积物理量计算

此案例没有计算体积物理量的结果

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“热通量”和“温度”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十一：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

此案例没有计算体积物理量的结果

4）兴趣点结果提取

案例2 压力容器传热学分析

1.案例介绍

压力容器是一种能够承受压力的密闭容器。压力容器的用途极为广泛，它在工业、民用、军工等许多部门以及科学研究的许多领域都具有重要的地位和作用。压力容器有时需要在高温下进行工作，但高温会导致容器内部产生热应力甚至变形，所以我们就需要对其进行传热分析，便于工作过程中的运输和维护。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Mvessel

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Mvessel.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“开”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建一个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

点击菜单栏中的“材料”后“+”，选择材料库中任一材料，重复上面操作，这样在菜单栏会显示两种材料。
点击材料1，将其命名为base，密度和施加位置如图。导热系数和定压比热容使用表格形式。

点击材料2，将其命名为clad，密度和施加位置如图。导热系数和定压比热容使用表格形式。

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为10摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界;本案例中首先选择“温度”边界，施加位置在面“heat_face_rotated”，温度值以表格展示。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置如图。

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

设置“结束时间”为46800s，“时间步长”为500s。“结果写入时间步”设置为自定义，“写入时间步长”设为2000s。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算” 点击后面的“+”，计算下列物理量。

3）体积物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“体积物理量计算” 点击后面的“+”，计算下列物理量。

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“温度”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

4）兴趣点结果提取

案例3 混凝土梁桥传热分析

1.案例介绍

桥梁工程是交通工程的重要组成部分，根据对现状桥梁开裂受力的科学分析，裂缝的产生与混凝土自身传热性能较差有着密切的联系且桥梁由于自身的实际功能决定了长时间暴露于自然环境中，在各种气候条件下，温度不断变化，相应的温度作用随之产生，所以分析桥梁的传热性能可以提高桥梁的设计水平。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Mbridge

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Mbridge.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“关”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建三个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

点击菜单栏中的“材料”后“+”，选择材料库中“水泥”，对参数做一些调整。

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为20摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界，点击“温度”边界，施加面在“Ther”，其中温度的值用表格给出。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置如图，环境温度用表格形式给出。

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用LDLT计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

“结束时间”设置为10800s，时间步长用表格展示，“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算” 点击后面的“+”，计算“极值”。

3）体积物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“体积物理量计算” 点击后面的“+”，计算“平均值”。

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“热通量”和“温度”，点2的“热通量”和点3的“温度”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

4）兴趣点结果提取

案例4 杯子传热分析

1.案例介绍

现实生活中玻璃杯的使用非常常见，玻璃由于结构无序、自由电子少，是一种热的不良导体，装入开水，水的温度随时间增加降低直至室温，杯外侧与空气对流换热，进行瞬态传热分析，分析经过一定时间后水杯的温度分布及热流量情况，有助于玻璃杯传热稳定性的分析。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为MCup

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为MCup.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“关”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建一个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

点击菜单栏中的“材料”后“+”，选择材料库中“玻璃”，设置施加位置“V_ALL"。

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为25摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界，点击“温度”边界，其中温度的值用表格给出。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置如图

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用Multifrontal计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

“结束时间”设置为600s，时间步长用表格展示，“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算” 点击后面的“+”，计算“极值”。

3）体积物理量计算

本案例未提取体积计算结果

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“温度”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

4）兴趣点结果提取

案例5 水冷散热器对流换热

1.案例介绍

水冷散热器有一个进水口及出水口，散热器内部有多条水道，这样可以充分发挥水冷的优势，利用对流强制换热的方式能带走更多的热量。这就是水冷散热器的基本原理。从水冷的安装方式来看，又可以分为内置水冷和外置水冷两种。对于内置水冷而言，主要由散热器、水管、水泵、足够的水源组成。外置水冷散热器方面，由于其散热水箱以及水泵等工作元件全部安排在机箱之外，不仅减少了机箱内空间的占用，而且能够获得更好的散热效果。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Mcooler

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Mcooler.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“开”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建两个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

点击菜单栏中的“材料”，对其进行全局设置，其中导热系数用表格给出。

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为30摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界;本案例中首先选择“温度”边界，施加位置在面“heat”，温度值以表格展示。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置如图。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置如图。

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用PETSC计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

设置“结束时间”为600s，“时间步长”用表格展示。“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算” 点击后面的“+”，计算下列物理量。

3）体积物理量计算

本案例无体积物理量计算

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“热通量”和“温度”，“点2”的温度。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

4）兴趣点结果提取

案例6 弯曲管道传热学分析

1.案例介绍

本案例模拟了管道在受到热源和表面热对流时结构的温度变化，在核设备中，管道一般用于运输冷却反应堆的冷却液，一般冷却液的温度在60 ~ 70度之间，这会导致管道本体温度升高，从而影响机械性能，研究管道在此类工况下的温度和热流分布情况是设计管道结构的重要一环。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Mpipe

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Mpipe.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“关”，“时变特性”为“稳态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建兴趣点1，并设置坐标（0,0,0）,创建兴趣点2，设置坐标为（0,3,0）。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。设置如下图所示：

步骤六：材料设置

直接点击菜单栏中的“材料”，设置全局属性。

步骤七：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界，点击“温度”边界，施加面在内表面。

再次点击“+”，添加边界“温度”，施加位置在外表面。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置如图。

步骤八：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用Multifrontal计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤九：时间步设置

采用默认设置。

步骤十：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算” 点击后面的“+”，计算“平均值”和“热流量”。

3）体积物理量计算

此案例没有计算体积物理量的结果

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“热通量”和“温度”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十一：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

此案例没有计算体积物理量的结果

4）兴趣点结果提取

案例7 切削热散热分析

1.案例介绍

切削金属时，由于切屑剪切变形所做的功和刀具前、后面与工件摩擦所作的功都转变为热，这种热叫切削热。使用切削液时，刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走；不用切削液时，切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出。当粗加工切削选用的进给量和背吃刀量较大时，工件与刀具的相互作用将产生巨量的切削热，提高刀刃周围的温度，从而改变刀具的机械力学性质，加速刀具的磨损。切削温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况，所以了解切削温度的变化规律，采取冷却液降温等措施，对于提高加工质量，延长刀具使用寿命是十分必要的。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Medge

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Medge.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“关”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建一个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

直接点击菜单栏中的“材料”对其设置全局属性。

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为30摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界，点击“体积热源”边界，施加位置在“edge”，其中生热率的值用表格给出。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置如图。

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用LDLT计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

“结束时间”设置为60s，时间步长设为6s，“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算” 点击后面的“+”，计算“热流量”。

3）体积物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“体积物理量计算” 点击后面的“+”，计算“平均值”和“极值”。

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“热通量”和“温度”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

4）兴趣点结果提取

案例8 电机驱动板散热仿真分析

1.案例介绍

电子芯片的正常工作需要合适的工作环境温度，温度过低或者过高都会影响芯片的工作性能甚至造成芯片的损坏。 本案例所研究的L298N是意法半导体集团旗下量产的一种电机驱动芯片，拥有工作电压高、输出电流大、驱动能力强、发热量低、抗干扰能力强等特点，通常用来驱动继电器、螺线管、电磁阀、直流电机以及步进电机。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为MPCB

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为MPCB.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“关”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建一个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

点击菜单栏中的“材料”后“+”，选择材料库中“ABS塑料”，对参数做一些调整。

再选择材料库中“铝”，施加位置如图示：

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为25摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界，点击“热对流”边界，施加位置如图示。

再次点击“+”，添加边界“热通量”，施加位置如图，热通量的值用表格形式给出。

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用Multifrontal计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

“结束时间”设置为600s，时间步长用表格展示，“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算” 点击后面的“+”，计算下列物理量。

3）体积物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“体积物理量计算” 点击后面的“+”，计算下列物理量。

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“热通量”和“温度”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

4）兴趣点结果提取

案例9 油汀散热分析

1.案例介绍

油汀 (Oil Heater)又叫充油取暖器，其外观与暖气片相似，采用烘烤的方式取暖。油汀将电热管安装在散热片的腔体内部，在腔体内电热管周围注有导热油。当接通电源后，电热管周围的导热油被加热、升到腔体上部，沿散热管或散热片对流循环，通过腔体壁表面将热量辐射出去，从而加热空间环境。被空气冷却的导热油下降到电热管周围又被加热，开始新的循环。（ATTENTION!!! 本模型忽略导热油的对流传热，简化为导热模型）这种取暖器一般都装有双金属温控元件，当油温达到调定温度时，温控元件会自行断开电源。油汀散热片有7片、9片、10片、12片等多种，其工作时散热片增加了散热面积，从而使室内温度升高。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Mradiator

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Mradiator.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“开”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建两个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

点击菜单栏中的“材料”后“+”，选择材料库中“铝”，导热系数使用表格形式。

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为20摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界;本案例中首先选择“温度”边界，施加位置在体“V_source”，温度值以表格展示。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置如图。

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

设置“结束时间”为1800s，“时间步长”为30s。“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

本案例无表面物理量的计算

3）体积物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“体积物理量计算” 点击后面的“+”，计算下列物理量。

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“温度”和“点2”的“热通量”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

4）兴趣点结果提取

案例10 汽轮机外壳传热分析

1.案例介绍

汽轮机也称蒸汽透平发动机，是一种旋转式蒸汽动力装置，高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功。
汽轮机经常在高温环境下工作，这导致其外壳内表面一直处于高温状态，外表面处于环境温度下。而高温环境会对金属材料的物化性能产生较大的影响。因此，对汽轮机外壳做传热分析是汽轮机设计中的一项重要环节。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Mturbine

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Mturbine.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“关”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建一个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

点击菜单栏中的“材料”后“+”，选择材料库中“铁”。

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为25摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界，点击“温度”边界，施加位置在面face_INT，值用表格形式给出。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置在面face_EXT。

再次点击“+”，添加边界“热通量”，施加位置如图，热通量的值用表格形式给出。

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

“结束时间”设置为300s，“时间步长”为10s，“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算” 点击后面的“+”，计算下列物理量。

3）体积物理量计算

本案例不计算体积物理量

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“热通量”和“温度”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算