SimScale — программный пакет, предназначенный для инженерного анализа и симуляции физических процессов (англ.), и основанный на облачных вычислениях.

SimScale
SimScale logo.png
Тип Computer-aided engineering
Разработчик SimScale GmbH
Первый выпуск 2013
Аппаратная платформа Web browser
Состояние Active
Лицензия Shareware
Сайт simscale.com

Платформа SimScale разработана немецкой компанией SimScale GmbH и поддерживает расчётные методы, включая метод конечных элементов (МКЭ), вычислительную гидродинамику и термодинамику.[1][2] Платформа основана на программном обеспечении с открытым исходным кодом, в том числе:

  • решателях методом конечных элементов Code_Aster (фр.) и CalculiX
  • решателе в вычислительной гидродинамике OpenFOAM

Онлайн-платформа SimScale позволяет моделирование и симуляцию нескольких процессов одновременно и дает инженерам возможность тестировать большее количество вариантов дизайна и быстрее находить оптимальный, по сравнению с традиционными локальными системами.[3]

История компанииПравить

SimScale GmbH основана в 2012 году пятью выпускниками Мюнхенского технического университета (нем. Technische Universität München, TU München, TUM) David Heiny, Vincenz Dölle, Alexander Fischer, Johannes Probst и Anatol Dammer[4] с целью создать облачную (англ. cloud-based) CAE-систему для массового рынка, и предоставить альтернативу традиционным локальным системам. После фазы бета-тестирования платформа SimScale была запущена во второй половине 2013 года.[5]

В 2015 году SimScale и Onshape объявили о новом партнерстве, запустив приложение, позволяющее пользователям экспортировать свои 3D-модели (CAD) из Onshape и загружать их в SimScale для анализа и оптимизации.[6]

2 декабря 2015 года, в рамках инициативы демократизации CAE-системы и расширения базы пользователей платформы, был запущен Community Plan, дающий бесплатный доступ ко всем средствам численного моделирования и анализа, предлагаемых SimScale.[7][8][9][10]

В 2016 году SimScale и Autodesk объявили о начале сотрудничества, разработав приложение, позволяющее пользователям Fusion 360 загружать свои 3D-модели напрямую в платформу SimScale.[11] Также в 2016 году была запущена Академия SimScale, новая образовательная платформа с онлайн курсами по инженерному анализу и расчётам.[12]

В сентябре 2017 года число пользователей платформы SimScale достигло 100 000.[13]

Типы инженерных расчетовПравить

Платформа SimScale предоставляет средства для решения и визуализации различных инженерных задач. Ниже приведены примеры из библиотеки проектов SimScale.

Метод конечных элементов (МКЭ)Править

Анализ на основе метода конечных элементов (МКЭ) использует открытый исходный код решателей Code_Aster и CalculiX. Эти программные пакеты позволяют решать линейные и нелинейные статические/динамические задачи механики твёрдого тела. Они используются для моделирования таких физических процессов, как усталость материала, разрушение твердых тел, механика контактного взаимодействия, пористый материал и т. д.

Линейный статический анализ Нелинейный статический анализ Линейный динамический анализ Нелинейный динамический анализ
 
Линейный статический анализ вычисляет смещения и напряжения, возникающие в результате нагрузки. Визуализация сверху демонстрирует результаты линейного статического анализа захватного рычага. Проект: Статический структурный анализ захватного рычага.[14]
 
На этом изображении показан нелинейный статический анализ застёжки. Анализ включает в себя механику контактного взаимодействия между двумя компонентами. Проект: контактный анализ застёжки.[15]
 
На изображении показаны результаты линейного динамического анализа. Мобильный телефон брошен с высоты двух метров, и оценивается деформация в результате удара. Проект: Линейный динамический анализ брошенного телефона.[16]
 
Этот тип анализа исследует динамический отклик структуры, подверженной зависящим от времени нагрузкам. На изображении показан удар черепа по жесткой пластине с шлемом и без. Проект: Динамический нелинейный анализ удара человеческого черепа.[17]
Многотельные системы Гармонический анализ Модальный анализ Модели материалов
 
На этом изображении показаны результаты линейного анализа многотельной системы. SimScale позволяет импортировать модели САПР отдельных частей и сборок. Проект: Линейный анализ многотельной системы.[18]
 
Гармонический анализ демонстрирует отклик системы под нагрузкой в заданном диапазоне частот. Проект: Гармонический анализ кырльчатки[19]
 
Модальный анализ может помочь определить собственные частоты структуры из-за свободной вибрации. Проект: Модальный анализ моста.[20]
 
Анализ механики твердого тела предлагает различные модели материалов, подходящие для многих инженерных приложений. Для моделирования высокоэластичных материалов также доступны различные модели гиперэластичных материалов. Проект: Анализ механического напряжения сердечно-сосудистого стента.[21]

Вычислительная гидродинамикаПравить

Для выполнения расчётов движения жидкостей и газов платформа SimScale использует программу OpenFOAM. В платформу SimScale интегрированы следующие типы анализа.

Ламинарное течение Турбулентное течение Несжимаемый поток Сжимаемый поток
 
Плавный поток, при котором жидкость перемещается слоями без перемешивания. Изображение визуализирует ламинарное течение в чистом помещении. Проект: Ламинарный поток в чистом помещении.[22]
 
Поток, при увеличении скорости которого образуются многочисленные фрактальные волны. Примером может служить поток турбулентной жидкости в циклонном сепараторе. Проект: Турбулентный поток в циклонном сепараторе.[23]
 
Плотность несжимаемого потока сохраняется при изменении давления. Проект: Несжимаемый поток через инжектор Вентури.[24]
 
Этот тип анализа подходит для проблем, связанных с существенным изменением плотности жидкости. На изображении показано моделирование воздушного потока вокруг самолета при низком дозвуковом режиме сжимаемого потока. Проект: Моделирование воздушного потока вокруг самолета.[25]
Многофазный поток Пассивный скалярный транспорт Взаимодействие потока

с твердым телом

Продвинутое моделирование
 
Этот тип подходит для анализа потока в различных фазах или различных свойств материала. На изображении показано многофазное моделирование процесса перемешивания в реакторе. Проект: Многофазное моделирование процесса перемешивания в реакторе.[26]
 
Распространения дыма или газа является типичным примером такого рода потоков. Проект: Моделирование пассивного скалярного транспорта в гараже.[27]
 
Этот тип анализа моделирует потоки жидкости, которые зависят от движения твердого тела. Типичным примером является изменение потока путем открытия и закрытия предохранительного клапана. Проект: Анализ предохранительного клапана.[28]
 
Некоторые дополнительные продвинутые функции, такие как поток с вращающимися частями и пористыми материалами, также можно моделировать с помощью SimScale. Проект: Центробежный насос.[29]

ТермодинамикаПравить

Термодинамический модуль SimScale использует OpenFOAM для задач с твердым телом и задач, где присутствует тепловое взаимодействие между жидкостью и твердым телом. Для термоструктурного анализа SimScale использует Code_Aster и CalculiX. В настоящее время SimScale допускает моделирование теплопроводности, конвекции, теплового излучения, теплоотдачи и т. д. Типы анализа, которые можно моделировать с помощью SimScale, включают:

Термомеханический анализ Конвекция Теплопроводность Сопряженная теплопередача
 
Термодинамический компонент программного обеспечения SimScale позволяет выполнять термомеханические и теплопередающие анализы. Проект: Термоструктурный анализ треснувшей трубы.[30]
 
При этом виде теплообмена внутренняя энергия передается струями и потоками. В этом случае конвективный поток внутри лампочки происходит из-за нагретой нити. Проект: Конвективный поток внутри лампочки.[31]
 
На этом изображении показан тепловой эффект в электронных микросхемах, установленных на печатной плате (PCB). Проект: Термический анализ печатной платы.
 
Теплопередача, происходящая между жидкостями и твердыми телами. Типичным примером может служить теплообменник, в котором теплообмен происходит между двумя жидкостями, разделенными твердой областью. Проект: Теплообменник — сопряженное моделирование теплопередачи.

Формат файловПравить

SimScale позволяет импортировать геометрию в форматах STEP, IGES, BREP, Rhinoceros 3D, Autodesk Inventor, SolidWorks, Parasolid, ACIS и STL; сетки в форматах OpenFOAM, UNV, EGC, MED, CGNS. Кроме того, геометрию можно напрямую импортировать со своей платформы САПР (CAD) партнера Onshape.

Приложение SimScale для Autodesk Fusion 360, позволяет также напрямую импортировать модели из Autodesk Fusion 360 в SimScale.[32]

Промышленные примененияПравить

Программное обеспечение для инженерного анализа платформы SimScale находит применение в самых разных отраслях — таких как отопление, вентиляция и кондиционирование (ОВК), ветроэнергетика, автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, электроника, промышленное оборудование и техника, радиаторы, потребительские товары, биомеханика и т. д.[33] Формы применения очень разнообразны. Японская компания Tokyowheel, которая разрабатывает гоночные колеса из углеродного волокна для велосипедистов, использовала SimScale для определения самого аэродинамического профиля колеса.[3] Carlsson Autotechnik оптимизировал аэродинамику своего автомобиля.[34] Компания Malaika, специализирующаяся на проектировании и производстве автомобильных сидений, использовала симулятор SimScale FEA для дизайна безопасных автомобильных сидений для детей.[34]

Сообщество пользователей SimScaleПравить

SimScale Community Plan был запущен 2 декабря 2015 года, на основе нового инвестиционного раунда под руководством Union Square Ventures (USV).[35] Community Plan является бесплатным и включает в себя 3000 часов вычислений и 500 ГБ памяти в год для любого зарегистрированного пользователя. Моделирование / проекты, созданные пользователем, зарегистрированным в рамках «Community Plan», доступны для всех других пользователей в библиотеке проектов SimScale.[1] Любой зарегистрированный пользователь может использовать эти проекты в качестве шаблона.[36]

Образовательная программа SimScaleПравить

SimScale также организовала несколько бесплатных вебинаров в рамках своей образовательной программы, чтобы сделать технологии моделирования более популярными среди любителей и дизайнеров. Веб-семинары, организованные SimScale, включают:

  • Мастер-класс по Вычислительной Гидродинамике[37]
  • Мастер-класс по Методу конечных элементов (МКЭ)[38]
  • Вебинар по термическому анализу[39]
  • Вебинар по дизайну 3D-принтера[40]
  • Вебинар по аэродинамике Формулы 1[41]
  • Моделирование в биомедицинской инженерии[42]
  • Вычислительная Гидродинамика в соревнованиях Formula Student и Formula SAE[43]

Кроме того, в 2016 году SimScale запустила свою Академическую Программу[44], чтобы развивать отношения со школами, университетами и исследователями. В рамках программы SimScale предлагает студентам бесплатную подписку на Профессиональный план и спонсирует студенческие команды, участвующие в таких соревнованиях, как Formula SAE / Formula Student, SpaceX Hyperloop Pod Design и т. д.[45]

ПримечанияПравить

  1. 1 2 Wasserman, Shawn SimScale Brings the Price of Computer-Aided Engineering Down to Zero. engineering.com (9 декабря 2015).
  2. Tara, Roopinder Be Warned: The CAE World Is About to Shift. engineering.com (16 июня 2016).
  3. 1 2 Enhancing Cycling Performance via Simulation (апрель 2016).
  4. SimScale. CrunchBase.
  5. Schmitz, Barb Cloud-Based Simulation. engineering.com (26 августа 2013).
  6. Introducing SimScale Connector App for Onshape (декабрь 2015).
  7. König, Peter Mit SimScale und Make gratis simulieren lernen wie die Profis (недоступная ссылка). MAKE (15 апреля 2016). Архивировано 5 октября 2017 года.
  8. SimScale announces free access to simulation technology as a part of its new community plan (недоступная ссылка). NAFEMS (2 декабря 2015). Дата обращения: 23 сентября 2017. Архивировано 30 августа 2017 года.
  9. SimScale to bring simulation technology to small and medium businesses. Global Manufacturing (8 декабря 2015).
  10. Wasserman, Shawn Is Cloud-Based Simulation Affordable Enough to Dominate the Start-Up Market?. Engineering.com (30 апреля 2015).
  11. SimScale Launches Integration for Autodesk Fusion 360 (август 2016).
  12. Introducing the SimScale Academic Program (декабрь 2016).
  13. New Milestone: SimScale Welcomes Its 100,000th User (англ.), SimScale (11 September 2017). Дата обращения 23 сентября 2017.
  14. SimScale Simulation Project: Static Structural Analysis of a Gripper Arm.
  15. SimScale Simulation Project: Contact analysis of a consumer snap-fit mechanism..
  16. SimScale Simulation Project: Mobile Phone Drop Test..
  17. SimScale Simulation Project: Dynamic nonlinear impact analysis of a skull..
  18. SimScale Simulation Project: Linear analysis of a multibody system (toggle-clamp)..
  19. SimScale Simulation Project: Harmonic analysis of an impeller..
  20. SimScale Simulation Project: Truss bridge eigenfrequency analysis..
  21. SimScale Simulation Project: Testing of two different types of cardiovascular stent models..
  22. SimScale Simulation Project: Laminar steady state simulation of a cleanroom..
  23. SimScale Simulation Project: Turbulent flow through a cyclone separator..
  24. SimScale Simulation Project: Flow analysis of a venturi injector..
  25. SimScale Simulation Project: Compressible aerodynamics of commercial aircraft..
  26. SimScale Simulation Project: Stirred reactor free surface flow..
  27. SimScale Simulation Project: Smoke propagation in a parking garage..
  28. SimScale Simulation Project: Pressure relief valve analysis with 6-DoF motion..
  29. SimScale Simulation Project: Centrifugal pump with MRF..
  30. SimScale Simulation Project: Thermo-structural analysis of a cracked pipe..
  31. SimScale Simulation Project: Convective flow inside a light bulb..
  32. SimScale Integrates with Autodesk Fusion 360. Inside HPC (22 августа 2016).
  33. SimScale — Industries. Дата обращения: 6 апреля 2017.
  34. 1 2 Using Simulation in Product Design: 3 Success SimStories (март 2016).
  35. Union Square Ventures invests in Munich-based startup SimScale. Tech.eu (2 декабря 2015).
  36. Public Projects. SimScale.
  37. SimScale CFD Master Class (недоступная ссылка). Дата обращения: 6 апреля 2017. Архивировано 7 апреля 2017 года.
  38. SimScale FEA Master Class. Дата обращения: 6 апреля 2017.
  39. SimScale Thermal Analysis Workshop. Дата обращения: 6 апреля 2017.
  40. SimScale Offers Three Workshops to Teach 3D Printing. 3Dprint.com (11 февраля 2016).
  41. SimScale Offers Online F1 Aerodynamics Workshop. Inside HPC (11 марта 2016).
  42. SimScale Offers Training on Using Simulation in Biomedical Engineering. Engineering.com (19 августа 2016).
  43. Application of CFD in Formula Student and Formula SAE. Дата обращения: 6 апреля 2017.
  44. Introducing the SimScale Academic Program. SimScale (декабрь 2016).
  45. SimScale Academic Program - CAE software for Students and Educators. SimScale. Дата обращения: 3 апреля 2017.