瞬态动力学仿真分析中的多载荷步设置

 现代瞬态动力学仿真分析中，为了模拟真实的物理工况，常需要设置基于时间变换的边界条件。这对分析计算软件提出了比较高的要求，不仅求解器需要支持多载荷步，同时前端用户界面也要提供方便快捷的输入方式。WELSIM早在2019年就支持了多载荷步分析的输入方式，详情参见《多载荷步下的准静态（Quasi-Static）结构分析》一文。最近，随着对显式动力学分析软件OpenRadioss的支持，多载荷步的设置也得到了越来越多的关注。本文通过实例，详细说明如何在WELSIM中设置多载荷步，并得到相关的分析结果。

在众多的多载荷分析案例中，钣金成型分别有压铸和分离的步骤，是典型且常见的多载荷步工况。模型如下图所示，当模具下压时，钣金受力被弯折，产生塑性变形。然后模具回弹，与工件分离。本实例中，模具和固具为刚体，钣金件为弹塑性体。全部使用壳单元。

多载荷步与时间设置

网格划分完毕，接触对定义完毕后，需要对分析进行多载荷步设置。根据需求增加载荷步数，设置每个载荷的时间，以及迭代的子步数。这里我们将模型总共设为5步。每一步的时间都有设定。总共的迭代子步数为1000步，也就是会生成1000个结果文件。

时间设置完成后，用户可以双击模型设置（Study Settings）节点，显示多载荷步一览表，如下图所示。这里每步的时间分别为0.3，0.5，0.9，1，1.2秒。用户可以检查时间是否设置合理。检查完毕后，可以点击标签上的红色删除按钮关闭视图。

添加约束与载荷等边界条件

在本模型中，随载荷步（时间）变化的边界条件有力和速度。用户需要首先将这些边界条件的属性设置为表格，再赋值表格数据。如下图所示，左下角更改属性值为表格输入。右侧的表格为每个载荷步下的速度值，用户可以输入具体数值。底部的曲线窗口直观地显示速度随时间的变化。

这里每步的时间是统一且固定的，无法在当前边界条件中更改。如需更改时间，可以在Study Settings的属性中修改。

至此，WELSIM下多载荷步分析的设置就完成了。

如将模型生成显式动力学软件OpenRadioss的求解器文件，可以看到多载荷步的设置准确地体现在了输入文件中。如图所示：

可见，在WELSIM定义多载荷步及其边界条件，并生成OpenRadioss的求解器文件，是非常方便的。

最后送上分析结果的仿真动画

，时长00:41

WELSIM在2019年就支持了多载荷步的定义。在2023R3的开发版中增加了对OpenRadioss求解器文件中多载荷步的支持。将会在以后的版本中不断增强与维护多载荷步的相关功能。

WelSim与作者不隶属于OpenRadioss。和OpenRadioss开发团队与机构没有直接关系。这里引用OpenRadioss仅用作技术博客文章与软件使用的参考。

使用WELSIM生成SU2求解器文件

SU2 最初是由美国斯坦福大学带领开发的一款开源CFD求解器。近几年在用户和开发人员的不断努力下，SU2已成为一个相对成熟的CFD工具，含有了可压缩和不可压缩流体的Euler、NS和 RANS求解器。可进行从低速不可压流动到高超速可压缩流体的计算。支持OpenMP与MPI并行计算，同时具备了网格自适应功能。因此广泛适用于学术与工业界。目前 GitHub 上提供了SU2的全部源代码， 用户可以从笔记本电脑到超级计算机的多种系统上运行此项目。同时，得益于LGPL协议，SU2对于商业的使用也是相对友好。

SU2求解器计算输入文件简洁明了，容易学习。用户只需要提供后缀名为cfg的控制文件，和SU2自有格式或CGNS网格文件。cfg文件包含流场计算所需的网格之外的全部信息。WELSIM会根据用户的模型设置自动生成配置与网格文件。

WELSIM中生成SU2求解器文件

1. 设置流体分析

新建一个项目，并将项目的物理类型设为流体（Fluids）。选择需要的分析类型，如图所示，流体提供了：稳态和瞬态两种分析类型。

2. 添加材料定义流场相关属性

WELSIM提供了丰富的材料模型，用户可以快速添加流体属性并定义参数。目前已经支持的流体属性有：密度，导热率，特热常数，粘度系数，普朗特数等。同时提供了流体分析中常用的空气与水的材料。如下图所示是WELSIM的通用材料编辑界面。

3. 边界条件与场域条件

流体分析中，边界与场域是重要的输入条件。WELSIM目前支持了SU2主要的边界条件类型。支持的边界条件有 对称面，欧拉墙，远场，进流口，出流口，温度，热通量。支持的场域条件有初始速度，速度，自由流场等。

4. 网格划分

WELSIM提供快速的自动化网格划分，支持Tet4/10和Tri3/6网格。简单设置单元的大小后，执行网格划分命令，即可得到实体流体网格。尽管SU2使用的是有限体积算法同时支持非结构化网格，WELSIM划分的有限元网格完全满足计算要求。下图所示自动生成的2D与3D网格。

5. 设置计算条件

由于CFD计算的复杂性，SU2为用户提供了多种计算条件的设置。WELSIM也对应地提供了各种计算设置，如湍流模型，密度模型，对流模型，多重网格算法等设置。设置界面如下图所示。

5. 导出求解器文件

完成以上设置后，在菜单栏的工具（Tools）选项中，选择输出SU2文件，即可在指定目录得到输出文件。使用SU2_CFD可执行文件，可以直接进行流体动力学的计算。

至此，SU2求解器文件导出工作已经完成。

如果用户希望在WELSIM中直接调用SU2求解器也是可以实现的，只需点击计算按钮，WELSIM会自动调用SU2求解器进行计算。计算完成后，用户可以直接进行后处理操作。下图展示了在WELSIM中调用SU2后，直接后处理的CFD计算云图。

由于WELSIM的易用性，生成用于SU2计算的复杂模型变得简单快捷。目前WELSIM 2023R3开发版中已经含有此功能，并在以后的版本中不断维护与增强。

WelSim与作者不隶属于SU2。和SU2开发团队与机构没有直接关系。这里引用SU2仅用作技术博客文章与软件使用的参考。

WELSIM发布2023R2版本，支持开源电磁仿真求解器

 通用工程仿真分析软件WELSIM发布了最新的2023R2版本（内部版本号2.6）。相对于上一个版本，2023R2版本含有许多新的功能与增强，能够更好地支持大型电磁仿真与显式动力学分析。

支持Palace求解器文件生成

支持了Palace求解器输入程序的自动生成，同时也是全球第一款完整支持Palace的前处理软件。支持的分析类型有：静电场，静磁场，模态，驱动，和全波瞬态。支持的电磁材料属性有：相对介电常数，相对磁渗透率，导电常数，介电损耗角正切量等。

同时，支持的边界条件有：完美电导面，完美磁导面，吸收边界，电导边界，阻抗边界，集总端口，波导端口，表面电流，零势地面，零电荷等。

生成的网格文件与JSON控制文件，可以直接用于Palace求解器的计算。详情参见《使用WELSIM生成电磁计算软件Palace的求解器文件》一文。

支持网格导出为Gmsh和Nastran格式

WELSIM支持各种类型网格的导出。本次新版本增加了对Gmsh与Nastran格式的支持，这两种格式在社区都有广泛的应用。用户既可以在Palace求解文件导出中选择使用这两种格式，也可以在单独导出网格数据时，选择使用这两种格式。

支持显式动力学分析中的刚体设置

最新版本支持了可视化定义刚体，尤其是在瞬态动力学分析中，定义刚体变得简单。用户只需要在属性窗口中将几何体设置为刚体即完成操作。由于刚体在瞬态动力学和OpenRadioss中有大量应用，此功能对于用户使用WELSIM进行瞬态动力学结构仿真带来便利。详情参见《结构有限元分析中的刚体与动力学》一文。

其他增强与升级

软件总体继续加强维护与保持快速迭代。新版本优化了很多功能，使得WELSIM更加稳定、准确，且更加易于使用。如增加了打开历史文件，弹簧边界条件等新功能。第三方库应用方面，JSON库扩展采用了nlohmann/json，升级MFEM至4.5版本，升级Hypre至2.25版本，升级FrontISTR至5.5版本。

WelSim不隶属于Palace，OpenRadioss，Gmsh, Nastran等团队，和以上开发者没有直接关系。这里引用Palace，OpenRadioss，Gmsh和Nastran等项目仅用作技术博客文章与软件使用的参考。