CAE软件 / CAE software

version 5.0版本发布

2015年三月，P+Z公司推出了最新的THESEUS-FE的5.0版本，增加了更多的新功能。

THESEUS-FE最新版本的最大亮点就是增加白车身电泳模块与并行计算能力的改善。当然，这两个方面不仅仅是新版本唯一增加和改善的内容。最值得一提的是，新版本将在求解器和GUI界面内提供更多的细节解释信息。

求解器的增加及改进功能：

- 全面优化并行求解器，可以明显减少计算时间

- 几乎所有耗时的求解部分都可采用多核处理器计算（如角系数计算，太阳能载荷计算，有限元模型的装配和求解）

- 用于模拟折射和吸收介质的辐射模型，例如玻璃透镜大灯热分析

- 实体单元的各向异性热传导

- 使用上游‘upstream’的概念来定义体与空气域之间的流动 

- 改进和增加 TISC 耦合界面

锂离子电池绕组的各向异性导热

由于非球面透镜折射产生平行光聚焦

GUI界面中增加及改进功能：

- 设置了新的快捷工具，例如结果计算器和烤漆的硬化计算等

- 支持导入 ABAQUS 的热力学模型

- 用户自定义视图可以存储和重新导入，以建立一个标准化的后处理工作流程

-  短波辐射的射线追踪可以可视化

- 仿真模型的前和后处理功能改进和增强

协同仿真工具Coupler增加及改进功能：

- 支持 OpenFOAM 2.2.x 和2.3.x

- 支持 Flowmaster 7.9.2

- 支持 OpenFOAM 求解器的蒸汽输送设置

- 增强了与OpenFOAM 通过TCP/IP连接时的数据传输稳定性 

- 增加了使用Star-CCM+进行座舱冷却模拟的教程案例 

- 改进了采用FIALA-FE假人模型与Star-CCM+进行舒适性模拟的流程

THESEUS-FE Optimizer 优化模块增加及改进功能：

- 现有的遗传算法选项更新了新的关键字

- 增加新的无约束最优算法（Hooke- Jeeves和 Nelder-Mead）

- 改进的参数研究方法更适合函数评估优化

- 支持Windows平台上的MS-MPI v5分布稳健的优化分析

其他：

- 提供包含有热材料特性的综合数据库 

THESEUS-FE模拟中使用的有限元模型的单元数目在逐步增加。这主要是由于用户要求对相应车型做尽可能详细的分析，以提高模拟结果的准确性。同时，现代计算机处理器架构的趋势是多核心处理器执行计算，因此需要THESEUS-FE能够更好地支持并行计算。

在过去的一年中，大部分的THESEUS-FE求解器都已经进行相应的检测，同时现有的串行算法已被替换为可伸缩的并行算法。

软件不仅可以完成中小型模型的计算，而且尤其在大型或者特大型模型的计算中，新的并行算法表现优异。

除了核心数学方程求解，还可以并行计算角系数和太阳能载荷等。

现阶段还使用串行工作模式（前处理和后处理等）的求解器将在未来几个月内进行升级。THESEUS-FE模拟的可扩展性将在今后的新版本中进行升级提高。

典型应用领域中使用新的并行求解器计算结果的比较

(配置: HP Z420, Intel Xeon E5-1620 v2 @ 3.60 GHz, 32 GB DDR3 RAM)

并行求解器:  并行计算新的许可证授权方案

对于新的并行求解器，我们在许可文件中引入并行求解节点。

引入这项新的授权功能，可以让用户定根据需求制自己的许可证。 

THESEUS-FE的并行计算将需要不同数量的并行节点，以支持不同数量的CPU。我们保证必要的并行节点数量和价格尽可能公平。拥有高级模块许可证的用户可以免费获取一个并行节点。烤漆和电泳模块将捆绑6个并行节点允许多达8个CPU进行计算。这将使几乎所有的用户可以尝试并行求解。

电泳模块:模拟白车身在电泳池中的电镀过程

背景：

THESEUS-FE version 5.0 包含新的电泳模块用来模拟汽车行业中典型的电泳工艺。在过去的两年中，新模块的研发与验证过程都与大众汽车油漆规划部进行相关合作。新的版本中，将提供一个新的界面，以及新的并行求解器来进行快速精确的预测模拟计算。

电泳模块是我们提供的整车涂装工艺解决策略的一部分。采用这种技术，我们可以提供涂层厚度和涂层均匀性结果。

B柱–测试和模拟的结果

基本原则： 

阴极沉积涂层是当今汽车行业最先进的技术，用于白车身防腐蚀层的形成。在清洁等预处理后，需要涂覆的车体将浸入磷酸盐涂料池中。接着在作为阴极的车身与沿着固定阳极排布的墙壁之间施加 300 V的电压。所得电场使溶液中的离子化涂料粒子朝向车身迁移。在车身上发生化学反应和涂料微粒沉淀，以形成一定厚度的涂层。

逐渐增加的涂层会在局部产生一个较高的电阻率，这又导致电场围绕已涂覆的表面发生变化，这是电场寻求阻力较小路径的结果。这种自我调节特性，被称为泳透率，从而创建了一个均匀的涂层，其厚度范围为5〜30微米之间。

对于模拟涂层的厚度，用户需要提供涂料和工艺参数，包括涂料溶液和沉积层的电导率，电化学当量，阳极电压作用的时间。THESEUS-FE 的GUI界面支持Nastran有限元格式的导入。接下来就是计算时间的问题，涂层的仿真结果可以完全可视化。 

求解器接受最终的电泳模型，进行耦合静电场计算，采用求解漆层厚度的演化方程解决方案。采用多核工作站，通常在几小时内即可完成整体计算。

由于某些工艺参数，尤其是固体涂料层电导率不容易测量，Optimizer模块经常采用实际涂料厚度测量模型。

E-Coating simulation of an engine mount

大众汽车对新模块进行了广泛的验证工作。作为一个案例，我们采用计算和测量车辆B柱内部涂层厚度进行比较，请参阅以下页面。

基于CAD几何的电泳网格模型建立与后期计算速度取决于并行计算能力以及工程师的经验，一般需要几天时间。

用于校准预测涂料层的最大厚度总误差一般在2-3微米的范围内，这个误差处于测量设备的可测范围内。

大众汽车会在不久的将来，使用THESEUS-FE 来仿真每一款新车型的电泳过程。其他主要OEM也依靠我们的工程咨询服务。

热材料特性的综合数据库

新版本中附带含有几百中材料热性能的全新数据库。内容包括：比热、密度和导热系数 - 许多材料包含于温度相关的系列值。库中列出许多常用材料，例如：金属、塑料、泡沫和其他常用的有机和无机材料。使用材料数据库可以显着地减少THESEUS-FE模型的建立时间。

车灯建模功能的提高

车前大灯的热力学模拟 

THESEUS-FE的version 5.0版本，添加了折射和吸收介质的模拟，对于一些透明部件，可以更加准确的模拟仿真。THESEUS-FE的一个重要应用领域就是针对汽车前大灯的热模拟。这些前大灯经常包含复杂的透镜系统，而其内部的发热过程则不能忽视。

对于创建大灯等建模过程，软件的用户手册都进行了更新。 

白车身使用固定喷嘴模拟干燥过程

白车身使用固定喷嘴进行干燥模拟 

烤 漆模块中可以定义固定的喷嘴。这种固定喷嘴对保持一段时间静止的车身进行局部涂层的干燥处理。以前的喷嘴只能定义在模型的同一侧，位于同一高度沿着单一路 线进行干燥。这是很适合白车身在一定速度运动下的干燥模拟。在这种情况下，各个喷嘴对于模型不会产生局部的温度变化，但这样会导致沿着整个车身产生一侧细 长分布的效果。新的喷嘴定义下，对于车身的影响区域仅限于每个喷嘴对应的一个锥形区域内。这适用于在车身不移动情况下，只是一个周期作用，而对应的干燥效 果只是在局部起作用。附图中显示的就是应用新的喷嘴定义的烤漆模型效果图。

新的优化和参数校准方法

THESEUS-FE中包含了优化工具，其有着专门的参数输入界面。对于电泳模型，一般需要的参数，例如涂料液或干涂层的电导率。这些参数受施加在阳极的电压及电解槽与白车身附近的温度场的影响。电导率依赖于整个涂料历程（电压、电流和温度）。合适的模型参数很难通过简单测量来确定，必须使用测量结果来拟合并且随后可以重新应用在各种类型汽车的电泳模拟中。烤漆仿真模型的参数是典型工况下的喷嘴热流温度，它们作用在整车上的长度效果和传热效果。在过去，THESEUS- FE Optimizer唯一可用的优化算法是基于遗传算法。其缺点是计算时间较长。THESEUS- FE 5.0版本中提供了两种新的优化算法，可以有效地提高效率。他们分别是基于Hooke-Jeeves和 Nelder-Mead 的无约束最优算法。 

公共资金资助项目BMBF E-comfort 

2014年6月，THESEUS-FE的技术小组完成了政府资助的E-Komfort项目。本项目的合作伙伴包括：大众汽车、弗劳恩霍夫（Fraunhofer）研究所、亚琛工业大学和P+Z 公司，项目中主要针对大众E-高尔夫7(E-Golf 7)车型，研究的问题包括电动汽车座舱空调系统分析和舒适性仿真等。

众所周知，电池驱动的电动汽车，其空调系统的设计是全新的挑战。对于传统ICE驱动的车辆，主要采用发动机驱动空调系统工作。除此之外，该系统可利用发动机的余热直接加热驾驶室。 

对于电动汽车，必须牺牲宝贵的电储存的能量用于空调系统 - 在许多情况下为了减少相应的损耗，需要对车型进行尺寸压缩。同时很多的新技术，例如zonal空调系统、局部加热和冷却技术、还有太阳能电池板等都会应用在电动汽车的电池改进和升级过程中。

THESEUS-FE完成了与OpenFOAM的联合仿真，主要针对流体-热耦合的座舱模拟。

VW e-Golf: 实车与THESEUS-FE 模拟分析模型 (切面)