验证流动前沿平滑度及精确度图 1 中的圆柱状零件用于说明 Autodesk Moldflow Insight 2011 的水平集算法在流动前沿平滑度和精确度方面要优于 Autodesk Moldflow Insight 2010 的 VOF 方法该模型凸显了选择模拟惯性效应选项时, 喷射预测

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鞠槽贝
5 years ago
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1 AUTODESK MOLDFLOW INSIGHT 2011 验证报告 3D 流动求解器中的流动前沿移动要点综述 Autodesk Moldflow 2011 版本新开发了用于 3D 网格的流动前沿追踪算法, 水平集 (Level Set) 算法, 替代了以前 Autodesk Moldflow Insight 和 Autodesk Moldflow Adviser 产品中耦合 3D 流动求解器中采用的 VOF(Volume of Fluid) 算法水平集算法改进了对称几何体流动前沿预测的对称性, 以及预测喷射时流动前沿的平顺度和准确度在不进行惯性模拟的情况下, 该方法比旧版本中所用的 VOF 方法计算速度更快当启用模拟惯性效应选项时, 计算时间可能会延长, 但流动前沿的预测会更为精准, 特别是在发生喷射时介绍通过引入水平集的流动前沿追踪算法,Autodesk Moldflow 2011 产品中的耦合 3D 流动求解器所预测的流动前沿得到了改进, 从而避免了产生对称几何上产生不对称流动前沿的情况, 改善流动前沿的平滑度, 增加喷射预测的精确性数学模型水平集流动前沿追踪算法可用以下方程来表示 : [1] 其中 F 为水平集的距离函数, 而 u,v,w 分别为 x, y 和 z 方向的速度分量水平集函数 F 定义为求解区域内任意点到流动前沿的距离 F<0 指已填充区域内的任意位置, F>0 表示已填充区域外的任意位置, 而 F=0 表示流动前沿界面 ( 参考资料 [1] 和 [2]) VOF 方法也可以表示为方程 [1],F 则定义为在求解区域内控制体积的填充率 F=0 指空的子体积,F=1 指已填充满的子体积,F=0.5 指子体积代表自由表面的界面实际应用水平集流动前沿追踪算法使用方程 [1] 求解从整个求解区域中的任意位置到流动前沿的距离 F 这样可以得到更为平滑和精确的表现自由表面如选择了模拟惯性效应选项, 水平集方法在捕获喷射方面表现更佳 1

验证流动前沿平滑度及精确度图 1 中的圆柱状零件用于说明 Autodesk Moldflow Insight 2011 的水平集算法在流动前沿平滑度和精确度方面要优于 Autodesk Moldflow Insight 2010 的 VOF 方法该模型凸显了选择模拟惯性效应选项时, 喷射预测方面的改进图 1. 用于显示预测的流动前沿平滑度和精确度的柱状零件图 2 显示了约 0.

2 验证流动前沿平滑度及精确度图 1 中的圆柱状零件用于说明 Autodesk Moldflow Insight 2011 的水平集算法在流动前沿平滑度和精确度方面要优于 Autodesk Moldflow Insight 2010 的 VOF 方法该模型凸显了选择模拟惯性效应选项时, 喷射预测方面的改进图 1. 用于显示预测的流动前沿平滑度和精确度的柱状零件图 2 显示了约和 0.3 秒时聚合物填充区域云图的截图, 以比较 Autodesk Moldflow Insight 2011 和 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 的计算结果显然 Autodesk Moldflow Insight 2011 捕捉到了喷射现象在 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 中, 流动前沿被错误地分解为多个节段 The Autodesk Moldflow Insight 2011 版本在喷射预测方面优于其之前的版本观察最后两张即充填时间为 0.3 秒时的流动前沿云图, 与 Autodesk Moldflow Insight 2010-R2 中的 VOF 法相比, 水平集算法的聚合物填充区域云图表现的更为平滑 2011 版本中云图更为平滑是因为水平集算法计算了求解区域中的每个节点与流动前沿的距离并且当距离为 0 时的内插等值线, 然后再绘制出流动前沿的界面位置而旧版 VOF 方法仅通过简单填充 / 未填充内插来表现流动前沿的界面, 因此比较粗糙 2

图 2. 聚合物填充区域云图比较总体而言, 如果选择模拟惯性效应选项,Autodesk Moldflow Insight 2011 的运行速度较之 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 慢当然, 对于本例, 2011 版要比其之前的版本运行速度快 ( 请参阅表 1) 在 Autodesk Moldflow Insight 2010,

3 图 2. 聚合物填充区域云图比较总体而言, 如果选择模拟惯性效应选项,Autodesk Moldflow Insight 2011 的运行速度较之 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 慢当然, 对于本例, 2011 版要比其之前的版本运行速度快 ( 请参阅表 1) 在 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 中, 基于 VOF 算法的分析早期应可预测到喷射, 但实际上流动前沿被分割成数个小的区域流动前沿的分割导致求解器采用极小的时间步长, 从而延长了 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 的解算时间总体上说, 只要选择了模拟惯性效应选项且发生喷射,Autodesk Moldflow Insight 2011 应比 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 运行更快当然, 如果未发生喷射, 预计 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 运行将会更快流动前沿对称性为显示 Autodesk Moldflow Insight 2011 在对称零件的流动模式的对称性的预测方面的表现更为出色, 我们使用了图 3 所示的模型该模型为对称的多型腔模具, 由两个完全对称的长 700mm 厚 3 mm 的半环形管组成, 两个半环形管的顶端应同时被填满基于该零件的几何形状, 喷射发生的几率极小因此, 在分析中不选择模拟惯性效应选项 3

图 3. 半管的对称模型图 4 和图 5 对 Autodesk Moldflow Insight 2011 和 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 在 1.38 秒预测的聚合物填充区域结果进行了直接比较左上图所示为左侧管的局部放大图, 右上图为右侧管的局部放大图, 下方的图则显示两管与流道系统的关系图 4.

4 图 3. 半管的对称模型图 4 和图 5 对 Autodesk Moldflow Insight 2011 和 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 在 1.38 秒预测的聚合物填充区域结果进行了直接比较左上图所示为左侧管的局部放大图, 右上图为右侧管的局部放大图, 下方的图则显示两管与流道系统的关系图 4. Autodesk Moldflow Insight 2011 中的对称聚合物填充云图 Autodesk Moldflow Insight 2011 的聚合物填充区域结果 ( 图 4) 显示水平集方法正确预测了每个管具有相似的流动模式及流动前沿的位置对应的 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 云图 ( 图 5) 显示右侧管先于左侧管被填充 ( 这是错误的 ) 4

图 5. Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 中的非对称性聚合物填充云图三维流体解算速度请注意, 在对前文所述 ( 图 3 4 和 5) 的半环形管模型进行对称性测试时, 未启用惯性模拟表 1 显示, 在选择模拟惯性效应选项时,Autodesk Moldflow Insight 2011 的水平集方法比其之前版本所用的 VOF

5 图 5. Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 中的非对称性聚合物填充云图三维流体解算速度请注意, 在对前文所述 ( 图 3 4 和 5) 的半环形管模型进行对称性测试时, 未启用惯性模拟表 1 显示, 在选择模拟惯性效应选项时,Autodesk Moldflow Insight 2011 的水平集方法比其之前版本所用的 VOF 方法运行速度快 10% 以上尽管 Autodesk Moldflow Insight 2011 添加了新的凹痕和熔接线计算等其他 CPU 密集型功能, 但其整体运行速度还是提高了但是,Autodesk Moldflow Insight 2011 在运行对称模型分析时, 启用模拟惯性效应选项比未启用该选项耗时多三倍 Autodesk Moldflow Insight 2011 中出现的因启用惯性模拟而导致的计算减速现象比之前的旧版本明显然而,2011 版本结果的精度却提高很多, 尤其是在喷射预测方面 ( 图 2) 表 1. 启用及未启用惯性模拟时, 圆柱模型及对称模型所需计算时间 Autodesk Moldflow Insight 2010, Release 2 Autodesk Moldflow Insight 2011 圆柱形零件 ( 启用惯性模拟 ) 秒 * 秒圆柱形零件 ( 未启用惯性模拟 ) 秒秒对称零件 ( 启用惯性模拟 ) 秒秒对称零件 ( 未启用惯性模拟 ) 秒秒 * 该分析的流动前沿结果不正确因此所耗费的时间不能作为典型案例的代表 5

6 结论 Autodesk Moldflow Insight 2011 改进了 Autodesk Moldflow Insight 和 Autodesk Moldflow Adviser 产品中的 3D 耦合流动求解器的喷射预测对称性预测以及流动前沿的预测这是通过引入水平集流动前沿追踪算法实现的水平集流动前沿追踪算法取代了旧版中的 VOF 流动前沿追踪算法在选择了模拟惯性效应选项的分析中, 水平集方法显著提高了结果的精度, 但延长了计算时间参考资料 1. Adalsteinsson, D., & Sethian, J. A.,A fast level set method for propagating interfaces, Jour. Comp. Phys.,Vol. 118, pp, , Osher, S., & Sethian, J. A, Fronts propagating with curvature dependent speed:algorithms based on Hamilton-Jacobi formulation,jour. Comp. Phys.,Vol 79,pp ,1988 欧特克软件 ( 中国 ) 有限公司北京市建国门外大街 1 号国贸大厦 2 座室 Tel: Fax: 欧特克软件 ( 中国 ) 有限公司上海分公司上海市浦东新区浦电路 399 号 Tel: Fax: 欧特克软件 ( 中国 ) 有限公司广州分公司广州市天河区天河北路 233 号中信广场办公楼 7403 室 Tel: Fax: 欧特克软件 ( 中国 ) 有限公司成都分公司成都市滨江东路 9 号香格里拉中心办公楼室 Tel: Fax: 欧特克软件 ( 中国 ) 有限公司武汉分公司武汉市汉口建设大道 700 号武汉香格里拉大饭店 439 室 Tel: Fax: 月 2011 修改 2010 Autodesk, Inc. 保留所有权利除非经 Autodesk, Inc. 允许, 否则任何人不得出于任何目的以任何形式采用任何方法对本出版物或其任何部分进行复制商标 Autodesk 和 Moldflow 是 Autodesk 公司在美国和 / 或其它国家 ( 地区 ) 的注册商标或商标其它所有品牌名称产品名称或商标均属于各自持有者免责声明本文以及所含信息均由 AUTODESK, INC. 以概不保证的形式提供 AUTODESK, INC. 不提供任何明确或暗示的保证, 包括但不限于暗示这些材料适合销售或用于其它用途欧特克中国研究院上海市古美路 1515 号 19 号楼 21 层 Tel: Fax:

相似地, 该版本中如可用, 则使用 GPU 选项的默认状态为启用如果计算机上配有一个兼容 GPU, 将会自动使用这个 GPU 进行分析此外, 在该版本中,GPU 可以得到更有效的利用在先前版本中, 如果模型太大,GPU 内存无法满足, 则不使用 GPU 然而 2011 版本会一直使用 GPU

相似地, 该版本中如可用, 则使用 GPU 选项的默认状态为启用如果计算机上配有一个兼容 GPU, 将会自动使用这个 GPU 进行分析此外, 在该版本中,GPU 可以得到更有效的利用在先前版本中, 如果模型太大,GPU 内存无法满足, 则不使用 GPU 然而 2011 版本会一直使用 GPU AUTODESK MOLDFLOW INSIGHT 2011 验证报告求解器 3D 流动求解器性能验证要点综述 Autodesk Moldflow Insight 2011 对求解器的准确性进行了优化, 并引入了全新特性, 能够缩短耦合 3D 流动求解器的计算时间在所测试的模型中, 计算速度在某些情况下有所提高, 在某些情况下则有所下降总体而言, 平均求解速度略有下降但在此版本中, 使用并行求解

验证 流动前沿平滑度及精确度图 1 中的圆柱状零件用于说明 Autodesk Moldflow Insight 2011 的水平集算法在流动前沿平滑度和精确度方面要优于 Autodesk Moldflow Insight 2010 的 VOF 方法 该模型凸显了选择 模拟惯性效应 选项时, 喷射预测

验证流动前沿平滑度及精确度图 1 中的圆柱状零件用于说明 Autodesk Moldflow Insight 2011 的水平集算法在流动前沿平滑度和精确度方面要优于 Autodesk Moldflow Insight 2010 的 VOF 方法该模型凸显了选择模拟惯性效应选项时, 喷射预测