【技术贴】通用流体软件的二次开发——让CAE技术不再高冷

天洑软件

众所周知，有限元分析技术是一种利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。上到航空航天、下到水文地理、大到国防军工、小到生活日用，很多行业都能用到有限元分析方法。有限元分析也是流体中常用的分析方法。

现在市面上有很多功能强大的流体分析软件，业内对其也有着很高的认可。既然如此，为什么还需要对他进行二次开发呢？其中的原因有很多，但是最主要的原因是有限元分析本身就是一门门槛很高的科学，想要掌握并灵活的使用它解决实际问题需要经过很艰苦的学习过程。此外，市面上通用的流体分析软件功能虽然强大，但是每个行业所需要解决的问题都不一样，这就需要技术人员对自己领域的问题有清晰的认识，准确合理的利用流体分析软件中的功能。面对这两个难题，很多企业对有限元分析技术都只能是望而兴叹。而通用流体软件的二次开发就是为用户解决这两个问题，让原本高深莫测的有限元分析能够应用到更多的领域和企业。

那么流体软件的二次开发又是怎么解决上述的这些问题呢？我们知道，有限元分析的一般步骤是网格划分、设置参数、求解分析和结果处理。下面就结合一款数字泵平台软件依次回答。

网格划分

网格划分是问题解决的第一步，这一步是为了把研究的对象划分为细小的单元也就是所谓的“网格离散化”。网格建的好坏直接决定了求解的精度和难度，简单地说，网格粗糙则计算精度差，网格过于精细则求解时间长。

为了解决这一问题，数字泵平台中提供了针对叶轮和蜗壳的快速网格划分功能，用户只需在界面输入几个参数，就能得到高质量的网格。

      计算生成网格会直接显示在界面上，用户可以旋转、放大，观察到网格的每一个部分，如果对网格不满意，可以重新调整参数直到生成符合自己需要的网格为止。

上图即为数字泵平台生成的叶轮网格。与传统的网格划分方式相比，经过二次开发的平台减少了操作步骤的同时也避免了手动划分网格容易出错的问题。

参数设置

参数设置即为研究的对象设定参数值，其中包括密度、温度、压力等常见的参数，也包括一些求解控制值。而且研究的问题不同，设置的参数也不同。所以传统的参数定义是一个非常麻烦也很容易出错的过程，用户往往需要了解每个变量的具体含义。

数字泵平台中针对泵中常见的分析问题都分别提供了设置窗口。上图为数字泵流动分析的设置界面。界面上将一些关键参数开放给用户填写，有些参数还直接做成了选项。使用时只需要根据问题的实际情况设定即可生成用于计算的完整的命令文件。这无疑在很大程度上提高了操作的效率和准确性。

除了流动分析，数字泵平台还提供了振动分析、转子动力学分析等好几种常见问题的快速设置。如果用户需要还可以加以定制，提供更多的功能。

结果提取处理

有限元分析的计算结果是非常庞大的，因为其需要详细的描述整个计算过程中的演变。但是用户往往只关心自己想得到的结果，比如某一点的速度变化，或者某一局部受到的压力。因此，从庞大结果文件中提取自己想要的结果就变成了棘手的问题。

数字泵平台中提供了快速的结果提取和查看的方法。平台可以根据用户的设置自动从庞大的计算结果中提取需要的图片和数据，还可以直接生成分析报告。如果用户需要一些其他的结果数据，在二次开发中也可以进行定制。

至此，数字泵平台就从头至尾的为用户提供了泵中常见问题的分析办法。不难看出，经过二次开发后的平台提供了流程化的操作体验，减少了手工操作的繁琐，降低了出错率。平台还可以快速的进行分析并提取相应的结果，甚至可以生成分析报告。这些功能都体现了二次开发的巨大潜力和优势。对于初学者来说，它让有限元分析过程变得简单易上手。而对于技术熟练的人员来说，二次开发后的平台大大提高了工作效率。

但是，二次开发也并不是一劳永逸。上文提到过，每个行业所要解决的问题都很不一样，而流体软件的定制开发就如同量体裁衣，每一个人的身量和喜好不同所需要的尺寸和款式就不同。只有合理的定制功能，才能准确的为行业和企业提供问题解决方案。