無網格計算流體力學軟件NoGrid Points介紹

2017-07-30 by:CAE仿真在線來源:互聯網

NoGrid Points軟件是基于有限點方法(FPM,Finite Pointset Method)的新一代無網格計算流體力學軟件,代表了流體數值仿真的最新發展方向。

NoGrid軟件由核心求解器Solver FPM、圖形用戶界面points、CAD接口CAD Compass以及第三方軟件接口等模塊組成。除了可以通過Compass直接建立流體計算域的幾何模型外,還包含了與各種主流CAD軟件的導入接口。

NoGrid軟件的不僅提供優秀的圖形用戶界面,用戶還可以基于ASCII文本方式編輯計算模型,所有的操作均提供了對應的關鍵字,用戶可以通過自定義程序完全控制軟件的運行,并易于實現與其他軟件之間的集成。

FPM與傳統的數值方法(如有限元法、有限體積法、有限差分法等)最大的區別是無需進行微分方程離散所必需的網格劃分。FPM的點集(也叫點云)依據指定條件自動產生、移動、重新填充或是銷毀,點集的分布可以是任意的,如在整個求解域上均布,或是隨時間/幾何位置等而變化。

突破傳統CFD瓶頸

傳統有限元/有限體積法隨著應用范圍的擴展,其固有的一些缺陷也日益突出:在材料成形、高速碰撞、流固耦合等涉及特大變形的領域中,基于拉格朗日法的有限元網格可能產生嚴重的扭曲,甚至使得單元的雅可比行列式為負值,不僅在計算中需要網格重構,而且嚴重影響解的精度;對高速沖擊等動態問題,顯式時間積分的步長取決于有限元網格的最小尺寸,因而網格的扭曲將使得時間積分步長過小,大幅度增加了計算工作量。由于有限元近似基于網格,因此必然難于處理與原始網格線不一致的不連續性和大變形。網格重構不僅計算費用昂貴,而且損害計算精度。

FPM無網格方法采用基于點的近似,可以徹底或部分地消除網格,不需要網格的初始劃分和重構,不僅可以保證計算的精度,而且可以大大減小計算的難度。傳統的流體分析軟件在解決自由液面、高速碰撞、移動邊界或是移動物體等工程問題時,需要一套獨特的網格重劃分或是網格自適應算法,由于在網格質量、算法求解、收斂性等方面存在一系列問題,使得傳統方法受到了很大的限制。FPM憑借其先進的無網格技術和特有的算法,在自由液面、多相流、流固耦合等方面取得了極大的成功。

根據流動的特性可對描述流體的偏微分方程進行分類,如拋物線型、雙曲線型和橢圓型。FPM軟件的核心解算器可以有效地處理所有類型的流體。FPM軟件包含了豐富的計算模型,如化學反應及燃燒模型、材料特性及流變模型、廣義牛頓流、粘彈性流體、熱粘彈性模型等。