-
ANSYS
简介
通用仿真
电磁分析
流体力学
行业化分析
模型建造
设计分析
开放、灵活的仿真软件，为产品设计的每一阶段提供解决方案
多目标优化
客户化
结构分析解决方案
结构非线性强大分析模块
Mechanical
显式瞬态动力分析工具
LS-DYNA
新一代动力学分析系统
AI NASTRAN
电磁场分析解决方案
流体动力学分析
行业化分析工具
设计人员快捷分析工具
仿真模型建造系统
多目标快速优化工具
CAE
客户化及协同分析环境开发平台
1
ANSYS Structure
ANSYS Structure
是
ANSYS
产品家族中的结构分析模块，她秉承了
ANSYS<
/p>
家族产品的整体优势，
更专注于结构分析技术的深入开发。
除了提供
常规结构分析功能外，强劲稳健的非线性、独具特色的梁单元
、高效可靠的
并行求解、充满现代气息的前后处理是她的四大特色。
ANSYS
Structure
产品功能
非线性分析
·
几何非线性
·
材料非线性
·
接触非线性
·
单元非线性
动力学分析
·模态分析
-
自然模态
-
预应力模态
-
阻尼复模态
-
循环模态
·
瞬态分析
-
非线性全瞬态
-
线性模态叠加法
·响应谱分析
-
单点谱
-
模态
-
谐相应
-
单点谱
-
多点谱
·谐响应分析
·随机振动
2
叠层复合材料
·非线性叠层壳单元
·高阶叠层实体单元
·特征
-
初应力
-
层间剪应力
-
温度相关的材料属性
-
应力梯度跟踪
-
中面偏置
·图形化
-
图形化定义材料截面
-
3D
方式察看板壳结果
-
逐层查看纤维排布
-
逐层查看分析结果
·
Tsai-
Wu
失效准则
求解器
·迭代求解器
-
预条件共轭梯度
(PCG)
-
雅可比共轭梯度
(JCG)
-
非完全共轭梯度
(ICCG)
自然模态
·
直接求解器
-
稀疏矩阵
-
波前求解器
·特征值
-
分块
Lanczos
法
-
子空间法
-
凝聚法
- QR
阻尼法
(
阻尼特征值
)
并行求解器
3
·分布式并行求解器
-DDS
-
自动将大型问题拆分为多个子域，
分发给分布式结构并行机群不同<
/p>
的
CPU
（或节点）求解
-
支持不限
CPU
数量的共享式并行机或机群
-
求解效率与
CPU
个数呈线性提高
·
代数多重网格求解器
-AMG
- <
/p>
支持多达
8
个
C
PU
的共享式并行机
- CPU
每增加一倍，求解速度提高
80
％
-
对病态矩阵的处理性能优越
, ,
屈曲分析
·
线性屈曲分析
·
非线性屈曲分析
·
热循环对称屈曲分析
断裂力学分析
·
应力强度因子计算
·
J
积分计算
·
裂纹尖端能量释放率计算
大题化小
·
P
单元技术
·子结构分析技术
·子模型分析技术
设计优化
·优化算法
-
子空间迭代法
-
一阶法
·多种辅助工具
-
随机搜索法
-
等步长搜索法
-
乘子计算法
4
-
最优梯度法
-
设计灵敏度分析
·拓扑优化
二次开发特征
·
ANSYS
参数化设计语言
(APDL)
·
用户可编程特性（
UPF
）
·
用户界面设计语言
(UIDL)
·
专用界面开发工具（
TCL/TK
）
·
外部命令
概率设计系统
(PDS)
·十种概率输入参数
·参数的相关性
·两种概率计算方法
-
蒙特卡罗法
*
直接抽样
* Latin
Hypercube
抽样
-
响应面法
*
中心合成
*Box-Behnken
设计
·支持分布式并行计算
·可视化概率设计结果
-
输出响应参数的离散程度
*Statistics
* LHistogram
* Sample Diagram
-
输出参数的失效概率
*
Cumulative Function
* Probabilities
-
离散性灵敏度
5
*Sensitivities
* Scatter Diagram
* Response
Surface
前后处理
(AWE)
·
双向参
数互动的
CAD
接口
·
智能网格生成器
·
各种结果的数据处理
·
各种结果的图形及动画显示
·
全自动生成计算报告
支持的硬软件平台
·
Compaq Tru64
UNIX
·
Hewlett-Packard HP-UX
·
IBM RS/6000 AIX
·
Silicon Graphics IRIX
·
Sun Solaris
·
Windows: 2000,NT,XP
·
Linux
6
ANSYS MultiphysicsTM Multiphysics
ANSYS
Multiphy
sicsTM
集结构、热、计算流体动力学、高
/
低频电磁仿真
于一体，在统一的环境下实现多物理场及多物理场耦合的仿真分
析；精确、
可靠的仿真功能可用于航空航天、汽车、电子电气、国防军工、铁路、造船、
石油化工、能源电力、核工业、土木工程、冶金与成形、生物医学等各个领
域，
功能强大的各类求解器可求解从冷却系统到发电系统、
< br>从生物力学到
MEMS
等各类工程结构。
ANSYS
MultiphysicsTM
的图形用户界面以方便仿真流程而设计，
例如
“函
数编辑器”可方便地输入各类函数载荷，材料定义图形界面可大大简化各类
非线性材料的输入，对象相关的结果查看器大大方便了后处理过程。
ANSYS
MultiphysicsTM
产品功能
结构分析功能
·线性
·非线性
—几何非线性
—材料非线性
—单元非线性
—接触非线性
·静力分析
·动力分析
—瞬态动力
—模态
—谐相应
—谱
—随机振动
·屈曲分析
·拓扑优化
7
计算流体动力学
·稳态
/
瞬态
·可压缩
/
不可压缩
< br>
·层流
/
湍流
·牛顿流
/
非牛顿流
< br>
·自由
/
强迫
/
混合对流
·共轭固体
/
流体传热
·面
-
面辐射传热
·多组分输运
·自由表面
·风扇模型与分布阻尼
·固定
/
旋转参考系
电磁分析
·静电场
·静磁场
·低频电磁
—谐波分析
—瞬态分析
·高频电磁
—谐波分析
—模式分析
·电路分析
·电磁耦合分析
图形及后处理
·求解过程中自动绘制收敛曲线
8
热分析
·
稳态
/<
/p>
瞬态热分析
·
热传导
·
热对流
·
热辐射
·
热焓相变
声学
·
全耦合液固分析
·
近场与远场
·
谐波分析、瞬态分析、模态分析
耦合场分析
·热
/
结构耦合
·液
/
固耦合
·静电
/
结构耦合
·静磁
/
结构耦合
·声
/
固耦合
·热
/
电耦合
·热
/
磁耦合
·流体
/
热耦合
·流体
/
电磁耦合
·压电分析
·机械电路仿真
·
MEMS
求解器
·迭代求解器
—预条件共轭梯度（<
/p>
PCG
）
9
—雅可比共轭梯度求解器
(JCG)
—非完全
Cholesky
共轭梯度求解器
(ICCG)
·直接求解器
—系数矩阵求解器
—波前求解器
(wavefront)
·特征值求解器
—分块
Lanczos
法
—子空间法
—凝聚法
—
QR
阻尼法（阻尼特征值）
·<
/p>
CFD
专用求解器
—预条件共轭残差
(PCCR)
—预条件广义最小残差
(PGMR)
—预条件双共轭梯度
(PBCG)
—三对角矩阵算法（
TDMA
）
·云图、等值线图、矢量图、切片图、粒子轨迹图和动画
·流体计算结果的自动压力和剪应力积分
·结果查询和拾取，
3D
注释
<
/p>
·轴对称、周期对称等计算结果的
3D
结
果扩展
·透明图、表面纹理
·支持
BMP
、
EPS
、
TIFF
、
JPEG
、
VRML
、
WMF
、
EMF
等标准图形格式
硬件平台
·
Compaq Tru64 UNIX
·
Hewlett-Packard HP-UX
·
IBM RS/6000 AIX
·
Silicon Graphics IRIX
·
Sun Solaris
·
Intel workstations
(Windows2000/NT 4.0/XP Linux)
10
ANSYS LS_DYNA LS_DYNA
LS-DYNA
是世界上最著名的通用显式动力分析程序，能
够模拟真实世界
的各种复杂问题，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、
爆
炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合
问题。在工程应用领域被广泛认可为最佳的分析软件包。与实验的无数次对
比证实了其计算的可靠性。
由
is
t
主持开发完成的
DYNA
程序系列被
公认为是显式有限元
程序的鼻祖和理论先导，是目前所有显式求解程序
< br>(
包括显式板成型程序
)
的
基础代码。
1988
年
ist
创建
LSTC
公司，推出<
/p>
LS-DYNA
程序系列，
并于
1997
年将
LS-
DYNA2D
、
LS-
DYNA3D
、
LS-
TOPAZ2D
、
LS-TOPAZ3D
等程序合
成一个软件包，称为
LS-DYNA,
其最新版本
970
版。
PC
版的前后处理采用
ETA
公司的
FEMB
，新开发的后处理为
LS-
POST
。
LS-DYNA
功能特点
LS-DYNA
程序版是功能齐全的几何非线性（大位移、大转
动和大应变）
、
材料非线性（
140<
/p>
多种材料动态模型）和接触非线性（
50
多种）程序。它以
Lagrange
算法为主，兼有
ALE
和
Euler
算法
；以显式求解为主，兼有隐式求
解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体
-
结构耦合功能；以非线性动力
分析为主，兼有静
力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型
后的回弹计算）
;
军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序。
·分析能力
·材料模式库
(140
多种
)
·单元库
·接触方
式
50
多种
·汽车行业的专门功能
·初始条件、载荷和约束功能
·自适应网格剖分功能
·
ALE
和
Euler
列式
11
·
SPH
算法
·边界元法
·隐式求解
·不可压缩流场分析
·多功能控制选项
·前后处理功能
·支持的硬件平台
·热分析
LS-
DYNA
应用领域
·汽车工业
·航空航天
·国防工业
·电子领域
·制造业
·建筑业
·石油工业
·其它应用
LS-
DYNA
行业应用实例
LS-DYNA
的全球用户
1000
多
家，
遍布世界发达国家的研究机构、
大学和世
< br>界各地的工业部门，在航空航天、汽车、国防工业、石油工业、核工业、电
子工业
、船舶工业等领域的应用深入广泛，解决了许多理论和实验分析所不
能解决的问题，有力
的促进了各行业的技术发展，产生了深远的影响。
AI*NASTRAN
——大型复杂结构的新选择
<
/p>
ANSYS
公司成立新的开发部门，
摒弃
旧
Nastran
体系的弊病，
在
ANSYS
先
12
进构架下重新建立新一代动力分析系统
AI
Nastran
。
AI
Nastran
除了完全兼
容其他<
/p>
Nastran
的数据文件外，由于采用新的程序架构，在求解效
率方面有
明显优势。由于采用世界顶级的前后处理器
AI En
vironment
，在功能性方面
和易用方面较其他
Nastran
软件也有巨大提高。其强大的动力学分析功能和
ANSYS Mechanical
强大的非线性分析功能优势互补，形
成世界最强的结构分
析软件。
AI*NASTRAN
产品特性
分析类型
·静力分析
-
有惯性释放的静力
-
微分刚度
-
分段线性
-
循环对称
-
线性屈曲
·换热
-
稳态（线性和非线性）
-
瞬态（线性和非线性）
-
角系数的计算
·结构动力学
-
一般模态
-
频率响应（直接和模态）
-
瞬时响应（直接和模态）
-
复杂特征解（直接和模态）
-
般微分刚度模态
-
一般循环对称模态
·子结构分析
-
部件综合模态
材料类型
13
·各向同性
·正交各向异性
·各向异性
·复合材料
单元类型
·一维
ROD, BEAM,
BAR, ELBOW, BEND, CONROD
·二维
QUAD4
、
TRIA3
、
SHEAR, QUAD8, TRIA6
·三维
HEXA, HEX8,
PENTA, TETRA
·轴对称
TRIARG, TRAPRG, TORDRG, TRIAAX, TRAPAX
·弹簧
ELAS1,
ELAS2, ELAS3, ELAS4
·刚性
RROD, RBAR, RBE1, RBE2, RBE3, RSPLINE,
RTEPLT
·专用
oMASSi, CONM1, CONM2, GENEL, DMI, VISC
加载和边界类型
·静力分析
-
加载
o
点
o
压力
o
重力
o
温度
o
分布
-
边界条件
o
单点
14
o
多点
o
强迫位移
·动力学分析
-
加载
o
时域
o
频域
-
边界条件
o
单点
o
多点
o
强迫运动
·静态加载类型
传统
NASTRAN
特性
·广范围分析类型
·通用的方程求解器
·强大的单元库
·
< br>NASTRAN
结构的数据格式
·模块程序结构
·
DMAP
求解器
·波音计算机服务（
BCS
）
库
-
Sparse
对称求解器
-
非对称求解器
-
Lanczos
（实和复特征）
<
/p>
·标准
NASTRAN
求解器
- Symmetric DECOMP
- Inverse Powers with Shifts
- Givens
- Modified
Givens
- Householder
15
- FEER
前
/
后处理器
- AI*Environment
- FEMAP
- I-DEAS
- HyperMesh
电磁场分析解决方案
*
低频电磁分析模块
EMAG
：采用有限元、边界元等方法对
旋转机械（
电动机、发电机）
、传感器和执行器、换能器
和变压器系统、微
机电系统（
MEMS
）等进行电磁场仿真，
并可以与
ANSYS
其他模块一起进行多能量领域的耦合仿
真，全面满足用户需要。
*
高频电磁
FEM
法专用软件
< br>EMAX
：采用有限元法的高频电
磁分析模块，具有直观、流程化的用户界面，工程化的
界面语言，采用有限元法全波
求解技术，可分析谐振、
传播、辐射和散射等问题。在高频电磁器件分析方面独
具特色。
*
高频电
磁
MOM/PO/UTD
混合法专用软件
FEKO
：
以全波分析
技术矩量法（
MOM
）为基础，结合物理光学法（
P
O
）
、一致
性几何绕射理论（
UTD
）和快速多极子法（
FMMA
）
，尤其适
用于电大尺度问题的电磁计算。
在天线设计与布局、
RCS
、
EMC
分析方面独具优势。
ANSYS EMAG
<
/p>
在电子、电气工程中，电磁场仿真具有重要意义。
ANSYS/E
mag
采用有限
元、边界元等方法对旋转机械（电动机、发电机
）
、传感器和执行器、换能器
16
和变压器系统、微机电系统（
MEMS
）等进行电磁场仿真，并可以与
ANSYS
其
< br>他模块一起进行多能量领域的耦合仿真，全面满足用户需要。
ANSYS
EMAG
产品功能
静电场
-
高阶
H
单元和自适应
P
单元
- H
单
元和
P
单元
- Trefftz
区域远场
-
开放边界
-
电容计算和提取
-
电场力计算
-
网格随移和重划
H
单元主要通过增加网格密度来提高计算精度，
P
方法通过自动改变单元
的阶次来满足设定的计算精度要求。对于具有大纵横比的结构（典
型应用领
域为具有多薄层的
IC
和
MEMS
结构）
，
使用混合有限元－边界元技术的
Trefftz
方法，可以实现
用较少网格精确仿真静电场问题，实现对分布式电容的提取。
ANSYS
具备先进的静电－结构耦合功能，
从而可直接耦合计
算电场力－结
构变形。同时，结构变形尤其是大变形后会引起电场
计算模型的尺度变化，
ANSYS
的网格随移和重划功能
为这种耦合计算的精确
性提供了技术上的保障。
静电场分析功能可以在高压开关、高压输电设
备、电子产品防击穿、电子产品电容提取等领域发
挥重要作用。
电流传导分析
-
复杂导体结构中的电流分布
-
焦耳热生成
-
将计算出的分布电流作为磁场分析的激励条件
在微电子封装领域，不同的封装工艺要求对各种
IC
引脚的焊接方式、焊
17
点形状、材料进行电流传导模拟，并分析其周围的磁场分布情
况。
用电磁方法进行含杂质金属冶炼、分解、搅拌等过程
中，大电流的具体分布、周围感应场的分析、能源损耗等
需要进行电流传导和焦耳热生成的计算分析。
静磁场和低频交流、瞬态磁场分析
-
基于节点解的二维和三维矢量位方法
-
基于棱边元的三维矢量位方法
-
针对不同连通域和材料组成的三维标量位方法（
DSP
、
RSP
、<
/p>
GSP
方法）
-
线性材料和非线性材料（程序自带
/
用户输入）
-
谐波分析和时变瞬态激励分析
-
绞线圈和块导体
-
速度效应
-
电流和电压激励
-
麦克斯韦方法与虚功方法计算电磁力和力矩
-
线圈电阻、电感和磁链
-
储能及共能
-
感生电流分布、涡流，启动电流
-
功耗（铜损、铁损）
在高电压、大电流等操作人员难以到达的控
制平台中，以及自动控制发展的需要，往往采用
电磁铁等继电设备开关，需要进行电磁力等分析。
在电机领域，需要根据永磁体、静态、交流等不
同加载分析电机的力矩特性、材料饱和、极齿形
状等对电机性能的影响，也需要根据控制电路，
对电机运行情况进行分析，并给出静止、启动和
运行状态下的各种指标。
ANSYS
磁场分析功能和控制电路功能可以进行
上述各种分析。在分析中，充分考虑到磁性材料的
18
复杂性，
ANSYS
材料库在提供部分标准材料特性的基础上，允许用户输入特
殊非线性材料曲线，并保存供下次分析调用。在三维矢量问题中，针对铁磁
材
料和永磁材料的连通情况，提供了基于不同简化方法的差分标量位方法
（
DSP
）、减缩标量位方法（
RSP
< br>）和通用标量位方法（
GSP
），在相同分析
精度的情况下，提高了分析速度。对于需要更高精度的分析计算时，除了采
用基于节点的方法以外，还提供基于棱边元的方法，可以更为准确地处理诸
如复杂形状电
流加载等问题。对采用绞线圈的加载情况，还提供绞线圈单元，
通过说明实常数来描述不
同的线圈形式。对于电机等分析对象中含用导条等
块导体的情况，采用块导体单元进行模
拟。对于运动部件切割磁力线产生的
反电动势，可以通过设置单元的速度效应属性来进行
控制。根据分析和工程
实际的要求，提供基于电流和电压的加载方式，还可以根据复杂的
控制电路，
耦合加载点到二维或三维有限元区域，进行多相、多电路单元的控制电路加<
/p>
载。
磁场求
解后，可以在后处理中得到使用麦克斯韦方法和虚功方法计算的
电磁力和力矩；可以计算
绞线圈等部件的线圈电阻、电感和磁链，可以得到
不同部件的储能及共能（非线性材料饱
和会导致共能几倍于储能）；可以生
成直接耦合到结构和温度场分析的力和焦耳热；并得
到感生电流的分布和涡
流损耗、线圈损耗等。
电路分析和
电磁场－电路耦合（场路耦合）
分析
-
类似
S
PICE
模式的电路单元
-
电阻、电容、电感、二极管等各种元器件
-
电压和电流源（含受控源）
-
机电耦合单元
-
鼠标点击的电路创建工具
-
任意复杂放置模拟电路
-
与有限元区域的绞线圈和块导体耦合
-
静态、谐波和瞬态分析
通常，诸如电机、变压器、电磁开关等分析对象的场特性是与
其外部连
接电路相关的，有限元分析时需要考虑电路的一体化建模和分析。
ANSYS
提
19
供类似
SPICE
模式的电路建模方式，模
拟包括电阻、电容、电感、独立源、
受控源在内的线性电路和包含二极管、
齐纳二极管在内的非线性电路。
ANSYS
自带的电
路创建工具可以通过图形化的电路示意图，协助用户方便的建立电
路分析模型，直接对有
限元场分析区域施加电压、电流等激励载荷，真正实
现电路和有限元区电磁场分析的耦合
。
由于基于计算机仿真，因此各个
元器件可以任意放置，计算机自动判别
其串连、并联形式，并通过计算得到各个节点的电
压、电流值。在
ANSYS
中
通过节点
耦合，可以实现电路与包含了非线性材料在内的绞线圈和块导体有
限元区域的耦合。
粒子跟踪和其他
-
电场和磁场分析中的带电粒子轨迹
-
用户自定义单元、文件、宏命令、子程序
-
ANSYS
参数化设计语言
(APDL)
-
并行处理
-
优化设计和灵敏度分析
-
随机有限元分析（概率设计）
-
……
在进行电场和磁场分析后，
ANSYS
可以实现对带有一定电荷、质量和初
速度的粒子的运动轨迹进行跟踪。
< br>
综上，
ANSYS
提供了一整套用于静态、交流、瞬态低频电磁场分析的完
整工具，可以用
于静电场、静磁场、电磁场、电路、电流传导等各种分析领
域，可以计算各种电磁结构的
电磁力、力矩、电感、电阻、电容和焦耳热、
场泄漏、饱和、电场强度、磁场强度等各种
关
心的参数。并可以方便的和
ANSYS
的结构场、温度场、流体场等分析模块进行无缝耦合。
ANSYS EMAX
ANSYS Emax
是
ANSYS<
/p>
公司的高频电磁场分析产
品。应用领域
包括：射频
/
微波无源器件，射频
/<
/p>
微
波电路，电磁干扰与电磁兼容
(EMI/EMC)
，天线设计
20
和目标识别。
ANSYS/Emax
支持有限元计算区域所有结果的静态和动画显示。包含：
电磁场
强度、品质因素、
S
参数、电压、特征阻抗、雷达截面积（
RCS
）、模
型区域的远场和近场、天线方
向图、焦耳热损耗。在
ANSYS Emax7.0
开始，
提供快速扫频的方法。现最新版本为
ANYSYS EMAX
7.1
。
用户界面
-
合乎思维习惯的分析流程
-
几何体、设置项分层分级树状显示
-
几何建模中的“
UNDO
”功能
-
菜单驱动式界面
几何建模
-
多种实体原型
-
高级几何原型—多种预设波导模式
-
参数化实体模型
-
默认附带
IGES
格式和
ICEM CFD
的
T
ETIN
格式输入
-
各种
CAD
软件接口
·
CATIA
4
（
and
STL
）
·
SDRC I-DEAS
·
Pro/Engineer
·
Unigraphics
·
Solidworks
21
·
CAADS-5
-
复杂模型六面体、四面体自动划分
单元
-
切向矢量单元
-
一阶和二阶单元
-
三维六面体、金字塔、四面体单元
-
支持并行处理的单元（共享内存式并行处理，
SMP
）
激励
-
矩形波导、圆形波导、同轴线、平行板波导激励
-
平面波激励
-
磁场面源
-
电场面源
-
线电压源
-
电流源：点源、线源、面源、体源
材料
-
有耗
/
无耗材料
-
各向同性和正交各向异性材料
-
复数形式的介电常数和导磁系数
-
带频率响的材料属性
边界条件
-
理想导电体（
PEC
）
-
理想导磁体（
PMC
）
- <
/p>
阻抗边界条件（
IBC
）
-
自动生成的理想匹配层（
PMA
）
仿真类型
-
模式分析：腔体
-
时谐分析：电磁波传播、辐射、散射
- S
参数提取的快速扫频分析
后处理功能
22
-
电磁场矢量图、云图
-
腔体谐振频率
-
品质因素
Q
-
网络
S
参数
-
焦耳热生成
-
端口功率
-
电压、电流和阻抗
-
近场解和远场展开值
-
雷达散射截面积（
RCS
）
-
天线方向图
- Touch Sto
ne
格式的
S
参数输出
FEKO
对于具有广大市场需求的高频电磁场领域，除了计算常规的电小尺寸的问
题外，在雷达目
标识别、天线辐射、多天线及载体耦合等领域还需要能够解
决电大尺寸辐射、
散射、
传播问题的电磁场分析工具。
基于有限元方
法
(FEA)
的
EmagHF
、
Emax
、以及其它基于差分法等的高频电磁
分析工具在处理这
类开放域的问题时需要对传播空间划分网格，需要在距离分析对象周围
相当
距离的位置设置具有一定层数、一定厚度的吸收边界
条件，由于这些参数的设置对用户有较高的工程
经验要求，并难于在当前计算机硬件条件下实现
大规模问题的分析。因此，
ANSYS
公司推出了<
/p>
Emax
的补充工具，具有矩量法（<
/p>
MM
）计算核心，
能够混合物理光学方法（
PO
）和一致性几何绕射
理论（
UTD
）等高
频方法的针对电大尺寸问题的
计算模块
FEKO
。
FEKO
是德语
Feldberechnung bei
Korpern
mit beliebiger
Oberflache(
任意复杂电磁场计
23
算
)
首字母的缩写。正如产品名称所说，本产品用于复杂形状三维物体的电磁
场分析。
由于
FEKO
基于严格的积分方程方法，用户无需对传播空间进行网格划
分；由于
积分方程基于格林函数构建，用户无需设置吸收边界条件；只要硬
件条件许可，矩量法（
MM
）可以求解任意复杂结构的电磁问题。对于超电大
尺寸的问题，使用
FEKO
的混合方法来进行仿
真模拟：对于关键性的部位使
用矩量法（
MM
< br>），对其他重要的区域（一般都是大的平面或者曲面）使用
PO
< br>或者
UTD
。
另外，
对
PO
方法，
FEKO<
/p>
使用了棱边修正项和模拟凸表面爬
行波的福克电流来提高模拟精度
。这样，
FEKO
真正实现了
MM
方法和
PO/UTD
的混合，可以根据不同
的电磁问题，对混合方法进行不同范围的组
合，可以根据用户的需要进行快速精确的电磁
计算，得到满意的精度和速度。
FEKO
中如下技术的运用使矩量法能处理大范围的各种复杂实际工程问
题
< br>:
-
用于多层介质的平面格林函数
- <
/p>
用于处理介质体的面积分方程（面等效原理
SEP
）和体积分方程（体等
效原理
VEP
< br>）
-
介质涂敷线段、薄介质基片、球格林函数等
-
用于模拟真实地面的集总反射系数近似
/Sommerfeld
积分
-
快速多极子（
FMM
）和多层快速多极
子（
MLFMM
）解算方法
使用
FEKO
的高频方法，根据计算机硬件条件
和待求解问题精度要求的
不同，可以求解成百上千个波长的电磁问题。同时，由于电磁波
工程实用频
率总是在不断攀升的，待分析的电磁问题的电尺寸也越来越大，
FEKO
提供
了单机多
CP
U
并行、多机网络并行等程序版本以及支持大内存（最大可达到
16GB
）运行的
UNIX
版本等，以
满足工程实用需要
FEKO
的高频方法，根
据计算机硬件条件和待求解问题精度要求的不同，可以求解成百上千个波长
的电磁问
题。同时，由于电磁波工程实用频率总是在不断攀升的，待分析的
电磁问题的电尺寸也越
来越大，
FEKO
提供了单机多
CPU
并行、多机网络并
行等程序版本以及支持大内存（最大可达到<
/p>
16GB
）运行的
UNIX
版本等，
以满足工程实用需要。
24
利用其独特计算技术，
FEKO
可以处理各种复杂材料构成的均匀背景介
质、分层介质问题，可以考虑地面、海面的
反射效果，可以考虑微带电路、微带天
线等多层结构问题，可以计算电磁场强
度、
S
参数、电压、输入阻抗、雷达截
面积（
RCS
）、远场和近场、天
线方向
图、增益、极化、特殊吸收比（
SAR
）等，并做结果的云图、矢量、动画、
切片显示。
在
ANSYS
统
一的前后处理器（
ANSYS
PrepPost
）
中，可以方便地建立诸如飞机、舰船、导弹、坦克、
汽车等复杂分析对象的高频电磁计算模型（几何模型
和
MM/PO/UTD
网格模型）。也可以直接
输入各种高级
CAD
软件（如
UG
、
Pro/E
、
CATIA
等）创建的几何模
型，然后再自动剖分网格，避免电磁分析人员在构
建几何模型方面花费过多时间。
FE
KO
的时域电磁场分析功能通过傅氏变化和逆变
换来实现时域和频域的转换，并提供了多种常用的电
磁脉冲激励模式（诸如高斯脉冲、三角脉冲、双指数
脉冲、斜坡函数等）。对于工程中的宽频响应分析，
采用分段步进或者自适应频率选择，来得到频带内响应。
FEKO
独具特色的自适应频率采样
（
AFS
）
技术使其具有快速而精确的扫
频计算能力。该技术利用有理样条函数来自动选择扫频计算的采样点，采样
< br>点的梳密分布与响应曲线直接相关
（比如，
在谐振频率处
会自动增加采样点）
，
在同等精度下，该技术极大地减少了扫频
分析的计算时间。
25
FEKO
具有良好的优化设计能力，基于多种优化算法（诸如单纯形法、
共扼梯度法、准牛顿法等
等），可针对增益、隔离、
RCS
、辐射方向图、阻
抗系数、反射系数、近场场值等指标进行优化分析，达到分析设计一体化的
目的。
FEKO
应用领域
< br>ANSYS
矩量法和混合方法高频电磁分析模块
FEKO
在如下领域得到了
广泛的应用：
天线设计
基于其独特的高频算法，<
/p>
FEKO
广泛应用于包括线天线、面天线、喇叭
< br>天线、反射面天线、相控阵天线、微带天线等各种天线结构的设计中，计算
和优化
各种关心的天线性能参数。
天线布局
飞机、舰船、车辆等载体上
的天线在工作状态下其输入阻抗、方向图等
会受到载体的影响，
载体的电尺寸通常都比较大，
FEKO
独特的
< br>MM/PO/UTD
26
混
合方法对这样的电大尺寸问题非常适用，能有效地优化载体上天线及天线
系统的布局方案
，类似的影响还包括地面、水面、天线附近的大型目标等。
雷达散射截面（
RCS
）计算
对于大型目标、地面目标等的
RCS
雷达散射截面（目标识别）计算也通
常是电大
尺寸问题，同样，
FEKO
的混合高频算法对这类问题也有很好
的计
算效果。
EMC/EMI
分析
EMC/EMI
分析的涵盖范围非常广泛，
FEKO<
/p>
适用于系统级的高频
27
EMC/EMI
计算，象前面提到的天线布局分析实际上就可以完成天线系
统的
EMC
计算。
FEKO
的很多特有技术对
EMC
分析非常有效，比如：有多种方法可以
模
拟介质体和磁性结构、能有效处理真实地面、用多层介质函数可以分析印刷
电路板、
特别善于处理电大尺寸问题的高频混合算法、
自适应频率采样
（
AFS
）
技术特别适合于宽带
EMC
分析等等。
介质体和铁磁材料
FEKO
的面等效原理和体等效原理对介质体、铁磁材料体等结构提供有
效的计算
方式。同时，其在平面多层介质、涂敷线、介质基片等应用领域也
提供相应的处理手段。
流体动力学分析
28
*
流体动力学分析专用软件
CFX
：
CFX
是全球第一个在复杂几何、网
格、求解这三个
CFD
传统瓶径问题上均获得重大突破的商业
CFD
软件。借助
于其独一无二的，
有
别于其它
CFD
软件的技术特点，
CF
X
领导着新一代高性能
CFD
商业软件
的整体发展趋势。
*
旋转机械一体化解决方案
TASCflow
< br>：
CFX
推出的专业
旋转机械设
计与分析模块－
TASCflow
占据着
90%
以上的旋转
机械
CFD
市场份额。
与
CFX-
BladeGen
和
CFX-TurboGrid
两个
模块紧密配合，在旋转机械领域向用户提供从设计到
CFD
分
析的一体化解决方案。
*
飞行器外流分析专用软件
CART3D
：
NASA
从
1995
年开始开发了专门用于飞
行器的亚、跨、超音速气动力设计和分析的
Cart3D
软件。它的最大特点是专
业性强、
使用方便、计算速度快、精度高、能自动生成复杂组合体网格并自
动完成计算过程、计算
结果可靠。
ANSYS CFX
--
流体动力学分析技术的开拓者
<
/p>
CFX
是全球第一个通过
ISO9001
质量认证的大型商业
CFD
软件，
是英
国
AEA Technology <
/p>
公司为解决其在科技咨询服务中遇到的工业实际问题
而开发，诞生
在工业应用背景中的
CFX
一直将精确的计算结果、丰富的物理
模型、强大的用户扩展性作为其发展的基本要求，并以其在这些方面的卓越
成就，引领着
CFD
技术的不断发展。目前，
CFX
已经遍及航空航天、旋转机
械、能源、
石油化工、机械制造、汽车、生物技术、水处理、火灾安全、冶
金、环保等领域，为其在
全球
6000
多个用户解决了大量的实际问题。
回顾
CFX
发展的重要里程，
总是伴随着她对
革命性的
CFD
新技术的研发和应用。
1995
年，
CFX
收购了旋转机械领域著名的加拿大<
/p>
ASC
公
29
司，推出了专业的旋转机械设计与分析模块－
CFX-
Tascflow
，
CFX-Tascflow
一直占据着
90%
以上的旋转机械
CFD
市场份额。
同年，
CFX<
/p>
成功突破了
CFD
领域的在算法上的又一
大技术障碍，
推出了全隐式多网格耦
合算法，该算法以其稳健的
收敛性能和优异的运算速度，成为
CFD
技术发展
的重要里程碑。
CFX
一直和许多工业和大型研究项
目保持着广泛的合作，这
种合作确保了
CFX
< br>能够紧密结合工业应用的需要，同时也使得
CFX
可以及
时加入最先进的物理模型和数值算法。作为
CFX
的前处理器，
ICEM CFD
优
< br>质的网格技术进一步确保
CFX
的模拟结果精确而可靠。
2003
年，
CFX
加入了全球最大的
CAE
仿真
软件
ANSYS
的大家庭中。
我们的用
户将会得到包括从固体力学、流体力学、传热学、电学、磁学等在
内的多物理场及多场耦
合整体解决方案。
CFX
将永远和我们的用户伙伴一起，
用最先进的技术手段，不断揭开我们身边真实物理世界的神秘面纱。
CFX
产品特点
>
CFX
是全球第一个在复杂几何、
网格、
求解
这三个
CFD
传统瓶径问题上
均获得重
大突破的商业
CFD
软件。借助于其独一无二的，有别于其它<
/p>
CFD
软件的技术特点，
CFX
领导着新一代高性能
CFD
商业软件的整体发展
趋势。
精确的数值方法
和大多数
CFD
软件不同的是，
< br>CFX
采用了基于有限元的有限体积法，在
保证了有限体
积法的守恒特性的基础上，
吸收了有限元法的数值精确性。
-
基于有限元的有限体积法，
对六面
体
网格单元采用
24
点插值，
而单纯的有限体
积法仅采用
6
< br>点插值。
-
基于
有限元的有限体积法，
对四面体网格单元采用
60
点插值，
而单纯
的有限体积法仅采用
4
点插值。
CFX
在湍流模型的应用上，也一直是业界领先的。除了常用的湍流模型外，
C
FX
最先使用了大涡模拟（
LES
）和
分离涡模拟（
DES
）等高级湍流模型。
快速稳健的求解技术
CFX
是全球第一个发展和使用全隐式多网格耦合求解技术的商业化软
30
件，这种革命性的求解技术克服了传统算法需要“假设压力项
－求解－修正
压力项”的反复迭代过程，而同时求解动量方程和连续性方程，加上其采用
的多网格技术，
CFX
的计算速度和稳
定性较传统方法提高了
1~2
个数量级，
更重要的是，
CFX
的求解器获得了对并行计算最有利的几乎
线形的“计算时
间
-
网格数量”求解性
能，这使工程技术人员第一次敢于计算大型工程的真实
流动问题。
CFX
突出的并行功能还表现在它可以网络上
UNIX
、
LINUX
、
WI
NDOWS
平台之间随意并行。
丰富的物理模型
CFX
的物理模型是建立在世界最大的科技工程企业
AEA Technology
50
余年科技工程实践经验基础之上，经过近
30
年的发展，
CFX
拥有包括流体
流动、传热、辐射、多相流、化学反应、燃烧等问题的丰富的通用物理模型；
还拥有
诸如气蚀、凝固、沸腾、多孔介质、相间
传质、非牛顿流、喷雾干燥、动静干涉、真实气
体等大批复杂现象的实用模型。
此外
，
CFX
为用户提供了从方便易用的表达式语
< br>言（
CEL
）到功能强大的用户子程序的一系列不
同层次的用户接口程序，
允许用户加入自己的特
殊物理模型。
旋转机械一体化解决方案
在旋转机械
领域，
CFX
向用户提供从设计到
CF
D
分析的一体化解决方案。
提供了三个旋转机械设计分析的专用
工具：
BladeGen
、
Turbo
Grid
、
TASCFlow
。
BladeGen
是交互式涡轮机械叶片设
计工具。用户通过修改元件库参数或完
全依靠
BladeGen
中的工具设计各种旋转和静止叶片元件及新型叶片，对各
种轴向
流和径向流叶型，从
CAD
设计到
CF
D
分析在数分钟即可完成。
Turb
oGrid
为叶栅通道网格生成工具。她采用了创新性的网格模板技术，结
合参数化能力，工程师不仅可以既快捷又简单地为绝大多数叶片类型生成高
质
量叶栅通道网格。所需用户提供的只是叶片数目、叶片及轮毂和外罩的外
形数据文件。<
/p>
31
TA
SCflow
是全球公认最好的旋转机械工程
CFD
软件，
由于特为旋转机
械裁制的完整软件体系，<
/p>
以及在旋转机械行业十多年的专业经验，
TASCflow
被旋转机械领域
90%
以上的企业作为主要的
气动
/
水动力学分析和设计工
具，
其中包括
GE
，
P
ratt & Whitney, Rolls
Royce
，
Westing House
，
ABB
，
Siemens
，
CE
，
Voith
Hycho
等企业界巨擎。
CFX
求解功能
总体功能
·二维或三维流动
·旋转坐标系
·多重参考坐标系
·定常或非定常流动
·不可压或可压流动
·浮力驱动流
·非牛顿流
-
Bingham
- Bird-Carreau
- Cross
- Herschel-Bulkley
- Power Law
模型
- User Fortran
·湍流
-
模型
-
低雷诺数
模型
-
低雷诺数
Wilcox
模型
-
低雷诺数
Mente
r
修正
k-?
模型
- RNG
模型
-
代数雷诺应力模型
-
微分雷诺应力模型
32
-
-
-
-
-
-
-
-
-
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