DELAB三维数字仿真系统

PMA simulator development system
Simulator Plan
Simulator Concept Mathematical Model
Automatic Generation system
DSL Program Auto Translator C Language Build
粒子间相互作用力的基本方程：
d 2ui mi 2 kr u ji ka u ji c v ji F dt j i j i j i
热传导模型：
Qaji a S gradTji
Qkji k l gradTji
Qi Qkji Qaji
技术创新，意味着不断的试验和失败，意味着需要花费大量的时间 和财力。近年来，随着计算机解析技术的进步，为航空、船舶、汽 车等的技术开发和不断完善提供了一定的技术保障，但是由于其技 术复杂，应用范围的局限性，因此难以适应引领世界技术创新的新 一代技术研发和完善的时代需求。 PMA（Particle Multi-coupled Analysis）法，通过对一个以上的 多个物理性要因关联发生的现象进行高精度计算，实现了Dynamic仿 真的高实用性，可大大提高技术创新的有效性。 PMA（Particle Multi-coupled Analysis）法，不但可以广泛适用于 被称为基本要素技术（成型加工技术）制造业的基本要素技术的锻 造、铸造、粉末冶金、模具制造等领域，也能为诸如核电发电设备 的大型热锻造技术的研究和开发提供有效的技术支撑。 PMA（Particle Multi-coupled Analysis）法，还在积极展开对社会 普遍关注的公共基础设施，诸如高压输送电铁塔冬季结冰倒损的安 全强度的技术研发。 PMA（Particle Multi-coupled Analysis）法，将着眼于高速铁路、 航空器、大型船舶、汽车等运输机械领域的引领世界技术创新的新 一代技术的高度化技术开发，在此基础上不断扩大应用领域，为核 电发电设施建造技术、宇宙开发等提供专业技术支持。
材料的温度特性：
kr f r (T ji ) ka f a (T ji ) C f c (T ji ) FT fT (T ji )
材料的屈服强度随温度的变化关系曲线
PMA非线性分析法的计算原理及基本方程
PMA非线性分析法对组成连续体的粒子进行离散化分析，根 据粒子间的相互作用力计算各粒子的运动。
DELab三维数字仿真系统的特性
DELab三维数字仿真系统应用先进的PMA非线性分析方法，抓 住物质运动变形的物理力学本质，能统一描述物质的固，液， 汽态的运动和形态。克服有限元法不适用于大变形，断裂等 状态，离散元法只适用于离散体分析等缺陷。 DELab三维数字仿真系统采用最先进的tpCAD软件，能准确描 述物体的三维形状，自动产生代表物质运动形态的粒子，无 须分割网格，计算快，精度高。 引入温度等参数可简单地实现实际工艺过程的模拟仿真。
可用于非压缩性流体的运动和形 应用范围的局限性和精 态分析 度有限
基于PMA非线性 可应用于各种状态物质的运动和 最新技术尚待宣传普及 分析法的DELab 形态分析，可分析温度等影响， 仿真系统 计算时间短，模拟精度高
DELab三维数字仿真系统的前景
基于PMA非线性分析法的DELab三维数字仿真系统作为一门可 以替代现有其他分析技术的全新技术，描述的是事物运动和 形态的本质，其计算模拟速度快精度高。且能用于传统的分 析法所难于或不能进行的模拟仿真。 • 可望在不远的将来取代传统的分析方法和系统。形成一门 新的学科。 • 将其应用于当今的热门制造工艺如粉末冶金，热锻造工艺 的模拟仿真必将划时代地提高这些制造工艺的水平，大幅 度地降低原材料的损耗并大大地缩短产品的研究开发周期。 • 用于公共设施的紧急避难仿真，基础设备的安全设计等， 造福人类。 • 支撑新一代交通工具研究，核发电设备安全保障以及宇宙 开发等所需的制造设计技术。
DELab三维数字仿真系统的发展背景
当今的汽车及各种机械设计制造行业，正在越来越多的采用 精确成形的少无切削工艺方法取代传统的车磨刨镗钻等传统 工艺。这些少无切削加工工艺包括冲压，精密铸造，精密锻 造和粉末冶金等技术。与传统工艺相比，它省工，省时，省 材料，具有很高的经济效益。然而因其涉及到巨大变形，开 裂断裂以及缩松缩空等超越材料常规弹性变形范围的力学行 为，有限元法等传统的模拟仿真技术已不能准确的描述其受 力和应变的过程。
钢锭材料：AISI-1045 上下砧材料：AISI-H13 钢锭初始温度：1250℃ 上下砧初始温度：300℃ 压下速度：25mm/s
25
12.5
(a) ΔH/H=10%
(b) ΔH/H=30% 速度场(mm/s)
(c) ΔH/H=50%
0
1250
775
300
(a) ΔH/H=10%
(b) ΔH/H=30% 温度场(℃)
i j
Ti
Qi mi ci
F作用力(吸引力和排斥力)
摩擦模型： p m k f ( p, T )
Pressure
基于PMA非线性分析法的三维数字仿真系统及计算流程图
基于PMA非线性分析法的模拟器开发系统
基本要素技术→建筑物的安全强度技术开发→引领世界潮流的新一代技术开发
DELab三维数字仿真系统简介
DELab三维数字仿真系统是一个全新的数字仿真系统。它巧 妙地将本公司自行开发的最先进的PMA非线性分析法和精辟 的拓扑学计算机辅助设计软件(tpCAD)有机地结合在一起。 特别适合于解决现有的有限元法，离散元法以及传统的粒子 法所难以攻克或无法攻克的技术难题。 PMA非线性分析法是以粒子耦连力学分析(Particle Multicoupled Analysis)为基础的非线性分析方法。能准确模拟 物体的非弹性变形包括大变形乃至开裂或断裂等突变现象。 tpCAD是以拓扑学为基础的比传统AutoCAD更行之有效的三维 设计软件，它将直线和曲线用拓扑学的观点实现统一。从而 节省内存，提高计算速度并解决了传统AutoCAD在细分网格 或做离散处理时线与线，面与面之间可能不连续的问题。
(c) ΔH/H=50%
0
900
450
(a) ΔH/H=10%
(b) ΔH/H=30% 位移场(mm)
(c) ΔH/H=50%
0
具体应用实例（3） 社会公共设施安全强度技术开发
高压输送电特塔等社会公共设施因冬季的结冰、积雪以及强风而 出现的倒损灾害，直接导致最重要的基础能源的中断，特别是那些 环境恶劣的地区，复建工程费时耗力，经常造成重大的经济损失。 这也是一个世界性的难题，目前尚没有找到有效的解决手段。加之 地区气候差异，其倒损灾害的发生情形各异，人们开始普遍寻求考 虑到地域特性的对策研究。 我们认为，高压输送电特塔的倒损现象的发生是输送电线结冰、 积雪、强风变动以及风向变化等自然现象的复合要因，与输送电线 自身的Galloping现象等关联作用下的结果。 PMA（Particle Multi-coupled Analysis）法，通过对一个以上 的多个物理性要因关联发生的现象进行高精度计算，实现了 Dynamic 仿真的高实用性，可大大提高技术创新的有效性。对自然现象的解 析需要高度的成因分析和事例研究（Case study），需要朝着提高 设计技术迈出坚实的一步。我们始终相信PMA法可以实现这种突破。
DELab三维数字仿真系统是应许多行业的特别要求，在运用 传统的分析法如有限元法或离散元法等不能有效的解决其实 际问题时，从物体的实际受力变形的基本物理特性出发，建 立数学模型并实行计算的非线性数字模拟分析系统。
DELab三维数字仿真系统的应用领域
人们常用实验以及试验出错修正的方法来进行新的设计制造 技术的开发，它费钱费时费人力。最近几十年计算机分析技 术的飞速发展对航空，船舶以及汽车等现代工业的发展和改 进起了重大的作用。然而随着新制造工艺的复杂化和应用领 域的进一步扩大，传统的计算机分析技术已不能满足对新一 代技术开发研究的要求。 • 基于PMA非线性分析法的DELab三维数字仿真系统已成功地 应用于核电站大型压力容器的热锻加工变形以及机械制造 冷锻模具的应力等的仿真分析。 • 该系统可望在近期内在包括精密冷热锻造和粉末冶金等新 一代少无切削的技术领域推广和普及应用。 • 该系统还可望在不远的将来能应用于诸如大型公共设施的 紧急避难仿真，冰雨或其他恶劣气候下的高压电线电杆设 计等公共事业的研究分析领域。 • 同时该系统能作为对包括高铁，飞机，汽车等重要交通工 具的更新换代，核发电的安全性改善以及宇宙开发所需的 设计制造新工艺的技术支撑。
DELab三维数字仿真系统和其他工程应用分析技术的比较
方法 有限元法
离散元法 压缩性流体粒 子法 非压缩性流体 粒子法
长处
短处
历史长，弹性体应用成熟，普及，对大变形，断裂，变温 商品化 等非线性现象难描述
适用于混凝土，粉体，颗粒等非 不能用于连续体 连续体的运动，破坏分析 可用于压缩性流体动态分析 应用范围的局限性和精 度有限
Simulator
基于PMA非线性分析法的DELab计算流程图
tpCAD Data Particle Data Simulator DELab Calculation Engine
Calculation Result
Post Processor
DELab三维数字仿真系统应用实例(1)
核电饼类锻件高温镦粗
(c) ΔH/H=50%
DELab三维数字仿真系统应用实例(2)
大型核电封头锻件终锻成形 钢锭材料：AISI-1045 上下砧材料：AISI-H13 钢锭初始温度：1050℃ 上下砧初始温度：300℃ 压下速度：25mm/s
25
12.5
(a) ΔH/H=10%
(b) ΔH/H=30% 速度场(mm/s)