自主开发有限元计算软件SIPESC介绍.pdf

1、工程与科学计算集成软件平台工程与科学计算集成软件平台SiPESC计 算 力 学 软 件 研 究 所运 载 工 程 与 力 学 学 部大 连 理 工 大学计 算 力 学 软 件 研 究 所运 载 工 程 与 力 学 学 部大 连 理 工 大学汇报内容汇报内容1.1.研发背景与思路研发背景与思路4.自主特色算法自主特色算法5.数值软件设计方法探讨数值软件设计方法探讨2.软件集成功能软件集成功能3.结构分析功能与扩展结构分析功能与扩展CAE软件软件320052006200920102011 Ensuring Americans Competitiveness Computationalscience

2、hasbecomecritical to scientific leadership,economiccompetitiveness,and national security.Revolutionize Engineering Science throughSimulation To out-compete is to out-compute Ensuring American Leadership in AdvancedManufacturing研发背景研发背景JIFEXV1.05.0前前/后处理系统后处理系统:实体曲面的网格生成空间杆系及组合结构的模型交互式生成模型操作：包括平移、旋转、

3、拷贝、镜像、阵列、更新、删除计算可视化：模型、变形图、消隐图、光照图、体绘制、剖面图、等值线图、彩色云图、动态显示实体曲面的网格生成空间杆系及组合结构的模型交互式生成模型操作：包括平移、旋转、拷贝、镜像、阵列、更新、删除计算可视化：模型、变形图、消隐图、光照图、体绘制、剖面图、等值线图、彩色云图、动态显示计算分析计算分析:弹性静力分析、自振分析、谐振响应分析瞬态响应分析、屈曲稳定性分析热传导分析、接触分析、弹塑性非线性分析弹性静力分析、自振分析、谐振响应分析瞬态响应分析、屈曲稳定性分析热传导分析、接触分析、弹塑性非线性分析优化设计优化设计:尺寸、边界形状、布局优化设计复合材料层合板与夹层结构的

4、铺层优化设计重量优化、强度和刚度优化、固有频率优化、谐振响应优化、屈曲稳定性优化、多目标优化温度场优化设计、结构热传导与热应力耦合优化尺寸、边界形状、布局优化设计复合材料层合板与夹层结构的铺层优化设计重量优化、强度和刚度优化、固有频率优化、谐振响应优化、屈曲稳定性优化、多目标优化温度场优化设计、结构热传导与热应力耦合优化研发背景研发背景-自主自主CAE软件研发的机遇软件研发的机遇 新计算体系、理论框架和方法新计算体系、理论框架和方法辛体系、多尺度分析、数值算法、材料本构辛体系、多尺度分析、数值算法、材料本构 耦合耦合/集成计算问题集成计算问题方法耦合、物理场耦合、尺度耦合、多学科优化方法耦合、

5、物理场耦合、尺度耦合、多学科优化 软件设计新理论、新方法、新技术软件设计新理论、新方法、新技术软件体系结构、设计模式、面向服务软件体系结构、设计模式、面向服务/构件构件/对象、脚本语言、插件对象、脚本语言、插件 高性能计算机高性能计算机多核、分布式计算、集群、网格计算多核、分布式计算、集群、网格计算 行业软件、工程定制软件行业软件、工程定制软件建筑、航天航空、管道、压力容器、地下工程、桥梁、核工程建筑、航天航空、管道、压力容器、地下工程、桥梁、核工程SiPESCSoftware Integration Platform for Engineering and Scientific Comput

6、ation设计思想设计思想“平台/微核心+插件”软件体系结构“平台/微核心+插件”软件体系结构OSGI(Open Service Gateay Initialtive)Eclipse(IBM,2001/11,40Million US$)系统功能系统功能平台资源管理平台资源管理(子系统及模块的协同工作子系统及模块的协同工作)工作空间、项目、文件、路径、界面、任务、动作、配置信息等管理工作空间、项目、文件、路径、界面、任务、动作、配置信息等管理脚本语言支持脚本语言支持(灵活的功能定制及数值算法设计灵活的功能定制及数值算法设计)平台插件的脚本语言封装、各级别扩展功能的脚本语言驱动平台插件的脚本语言封

7、装、各级别扩展功能的脚本语言驱动跨平台及跨平台及64位版本位版本Windows类类(xp、Windows7)、Linux及及64位操作系统位操作系统工程应用工程应用结构随机振动虚拟激励算法集成、结构接触弹塑性分析集成、网格计算、风力发电机叶片优化、卫星结构优化等应用结构随机振动虚拟激励算法集成、结构接触弹塑性分析集成、网格计算、风力发电机叶片优化、卫星结构优化等应用SiPESC.PLUGINS平台平台/微核心微核心+插件插件(C+实现实现)SiPESC.IDE集成开发环境集成开发环境SiPESC 软件平台软件平台(统一接口管理和实现模式统一接口管理和实现模式)1 定义插件定义插件2 定义扩展接

8、口定义扩展接口3 生成接口代码生成接口代码插件设计器插件设计器SiPESC.IDE集成开发环境集成开发环境插件管理器插件管理器(加卸载、扩展接口管理加卸载、扩展接口管理)结构分析结构分析流体分析流体分析热传导分析热传导分析声场分析声场分析电磁场分析电磁场分析.分析分析物理问题工程对象物理问题工程对象动态配置，定制组装动态配置，定制组装三维实体分析三维实体分析钢结构分析钢结构分析复合材料分析复合材料分析建筑结构分析建筑结构分析桥梁结构分析桥梁结构分析.分析分析SiPESC.IDE集成开发环境集成开发环境SiPESC门户设计工具门户设计工具 门户管理功能：门户管理功能：动态定制、灵活编辑动态定制、

9、灵活编辑SiPESC 软件平台门户示例软件平台门户示例-高铁高铁CAE集成系统集成系统SiPESC门户设计工具门户设计工具SiPESC.VISAIT面向集成计算的子系统面向集成计算的子系统集成方案集成方案活动流程图活动流程图定制定制工具运行程序工具运行程序集成集成的统一实现的统一实现并发并发任务管理，网格计算任务管理，网格计算复杂流程复杂流程管理，子流程嵌套多学科管理，子流程嵌套多学科/多场耦合多场耦合/多尺度分析多尺度分析集成计算集成计算SiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用集成集成1：开放性集成化有限元分析系统开放性集成化有限元分析系统Ansys-SiPESC.FEMS-JIFEX

10、/后处理后处理1XYZ NOV 22 201010:57:11ELEMENTSUFAnsys数据转换器接口设计数据转换器接口设计Patran-SiPESC.FEMS-JIFEX/后处理后处理集成集成1：开放性集成化有限元分析系统开放性集成化有限元分析系统SiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用算法流程集成分析流程虚拟激励方法算法流程集成分析流程虚拟激励方法苏通大桥苏通大桥小湾拱坝小湾拱坝机车结构机车结构集成集成2：结构随机振动分析集成化系统结构随机振动分析集成化系统SiPESC.HiPEMSiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用Ansys JIGFEX-SiPESC弹塑性接触集成弹

11、塑性接触集成分析分析集成集成3：弹塑性接触集成化分析系统弹塑性接触集成化分析系统SiPESC.JIGFEX1.5E+052.0E+052.5E+053.0E+053.5E+054.0E+054.5E+051.01.21.41.61.82.02.2垂直位移 v(cm)垂直荷载 P(N)经典模型（1386）Cosserat模型l=0.1mm(1386)Cosserat模型l=0.3mm(1386)Cosserat模型l=0.5mm(1386)经典模型（2132）Cosserat模型l=0.1mm(2132)Cosserat模型l=0.3mm(2132)Cosserat模型l=0.5mm(2132)

12、SiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用Ansys SiPESC集成分析集成分析1XYZ NOV 8 201013:53:01ELEMENTS高层建筑地震响应分析嵌套流程高层建筑地震响应分析嵌套流程动力响应动力响应SX最大值曲线最大值曲线集成集成4：地震响应集成化分析地震响应集成化分析SiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用集成集成5:控制系统设计与仿真、可视化控制系统设计与仿真、可视化 钟万勰院士等研发了钟万勰院士等研发了PIMCSD控制算法工具箱控制算法工具箱，LQG和和H 控制系统设计与仿真控制系统设计与仿真;特色算法特色算法：时变控制器时变控制器/滤波器滤波器设计功能设计功

13、能、非线性最优控制的非线性最优控制的保辛保辛/多层次多层次/自适应自适应数值求解算法数值求解算法航天器姿态机动过程近地轨道航天器编队重构过程航天器探测小行星过程航天器姿态机动过程近地轨道航天器编队重构过程航天器探测小行星过程SiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用集成集成5:控制系统设计与仿真、可视化控制系统设计与仿真、可视化SiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用1 启动启动SiPESC平台平台2 调用调用SiPESC.PIMCSD控制模块界面控制模块界面3 通过调用数据库文件或界面操作完成控制器设计与仿真通过调用数据库文件或界面操作完成控制器设计与仿真SiPESC平台主界面集成

14、开发环境平台主界面集成开发环境SiPESC航天器编队飞行模块用户主界面航天器编队飞行模块用户主界面日地系统平动点示意图日地系统日地系统平动点示意图日地系统Lyapunov轨道族日地系统轨道族日地系统Halo轨道族轨道族集成集成5:控制系统设计与仿真、可视化控制系统设计与仿真、可视化SiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用集成集成6:基于基于WebService技术的技术的网格计算网格计算集成化分析集成化分析实现远程的结构有限元分析计算（上海交大合作）实现远程的结构有限元分析计算（上海交大合作）SiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用丹东桥动力响应丹东桥动力响应Corba分布式计算分

15、布式计算(湖南大学合作湖南大学合作)集成集成7:基于基于Corba技术的分布式计算集成化分析技术的分布式计算集成化分析发电站动力响应发电站动力响应SiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用SiPESC平台脚本语言平台脚本语言SiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用界面管理脚本计算器实现脚本界面管理脚本计算器实现脚本SiPESCPluginPluginExtensionExtensionExtensionExtensionExtensionExtensionPluginPython WrapperJavaScript WrapperWrapperPython EngineJavaScr

16、ipt Engine.Engine基于平台的插件基于平台的插件自动支持自动支持脚本语言脚本语言(JavaScript,Python)脚本语言功能脚本语言功能动态扩展动态扩展,实现系统、算法、计算集成实现系统、算法、计算集成SiPESC.LabSiPESC平台脚本语言平台脚本语言-PythonSiPESC软件平台软件平台-集成应用集成应用 1989,G.Van Rossum开发开发 2000，2.0版本版本 2008，3.0版本版本 Google第三大开发语言第三大开发语言丰富的标准库丰富的标准库:正则表达式文档生成、正则表达式文档生成、单元测试、线程、数据库单元测试、线程、数据库 网页浏览器、网页浏览器、CGI、FTP、电子邮件、电子邮件、XML、XML-RPC、HTML、WAV文件、文件、密码系统、密码系统、GUI（图形用户界面）、（图形用户界面）、Tk和其他与系统有关的操作和其他与系统有关的操作Granger BE,Hunter JD.Computing in Science&Engineering,13(2):13-21,2011科学计算：科学计算：Numpy，多 维 数组 Sc