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科技成果簡介:面向高端裝備設計與分析創新平臺(SiPESC)
2015-04-13 16:22 李偉 

1、產品和技術簡介

SiPESCSoftware Integration Platform for Engineering and Scientific Computation,工程與科學計算集成化軟件平臺)是大連理工大學運載工程與力學學部/工業裝備結構分析國家重點實驗室在結構有限元分析與優化軟件JIGFEX/DDJ/JIFEX等的基礎上,研發的面向工程與科學計算的集成軟件系統,目的在于構建適用于計算力學的科學研究和工程應用的公共服務軟件平臺,其特色是開放式、集成性和面向大規模計算。

目前軟件平臺已完成了愈200萬行代碼,構建了包括系統集成、結構分析、優化計算、結構拓撲優化、腳本語言、大規模可視化、多體動力學等多個子系統,發展了多重多級動力子結構、保辛DAE求解等特色算法,提出了開放性與集成性的數值軟件設計方法和實現技術,為進一步面向多學科/多領域/多算法/多模型/多技術的科研、工程、及大規模計算等集成應用建立了良好數值仿真平臺和技術基礎。

SiPESC目前具備的主要功能有:

1)集成平臺

集成平臺包含面向多類型軟件集成的過濾器集成工具、門戶界面、腳本語言、集成開發環境等部分。過濾器工具是用于實現多類型應用程序集成,支持流程可視化定制、流程可控制化、并串行化的集成調用。門戶界面由SiPESC中門戶設計工具定制,提供個性化的信息和服務。腳本語言(pythonJavaScript)可用于調用插件、驅動流程、數值計算等二次開發,實現動態擴展和功能集成。

2)開放式結構有限元分析系統

SiPESC.FEMS(開放式結構有限元分析系統)是基于工程數據庫與插件技術設計開發的開放式結構有限元分析系統,具有大規模有限元模型管理和分析求解能力,支持數據與模塊的全級別開放;具有結構靜力、自振、頻響、瞬態、隨機振動、屈曲分析等;支持30多類單元、多點約束、多工況、復合材料結構等特性;非線性功能包括幾何非線性分析、材料非線性分析、屈曲非線性分析、動力非線性分析等;熱分析包括穩態、瞬態、非Fourier分析,支持熱力耦合、熱沖擊載荷。

3)集成優化計算系統

SiPESC.OPT(通用目標的集成優化計算軟件)是一款用于解決通用優化問題的子系統。該系統為集成各種優化算法提供了基礎,通過結合 SiPESC 其他模塊,可解決復雜的優化問題。SiPESC.OPT 提供了BFGSSLPSQPGADGAMMA等多種優化算法,擁有方便各種優化過程的優化控制功能;提供統一數據管理功能,以及多種存取優化結果的途徑;提供實驗設計分析功能,支持多種實驗模型;支持JavaScriptPython腳本實現,支持多應用程序聯合優化。

4)結構拓撲優化

SiPESC.TOPO(結構拓撲優化系統)是一款用于結構初始階段結構構型創新設計的子系統。該子系統具有結構剛度拓撲優化、結構位移拓撲優化、熱傳導拓撲優化、結構頻率拓撲優化,機構屈曲拓撲優化等功能;具有 SIMPRAMP、多項式 SIMP等豐富的拓撲插值模型;支持與 SiPESC.OPT豐富的優化算法庫集成;具備復雜邊界條件、拓撲設計變量連接等求解能力。

5)動力模型修正

模型修正(Model updating)是以實驗結果為依據修正有限元數值模型參數的過程。基于SiPESC開發的子系統可采用設計參數型模型修正方法對有限元模型進行修正,主要包含:基于模態參數的模型修正方法和基于頻率響應函數(FRF)的模型修正方法。設計變量包含:彈性模量、材料密度、板殼厚度,桿截面積、彈簧剛度、螺栓參數等。

6)超大規模計算可視化

面向超大規模有限元計算的通用可視化系統。在軟件框架設計方面,引入流式體系結構,具有高效計算和高效通信特性,滿足大規模數據處理需求。在軟件實現方面,采用工廠方法設計模式和插件技術,提高了系統的可擴展性和靈活性。在大規模數據可視化方面,提出了基于拓撲結構的內部單元剔除技術與精化數據結構,并基于VBO快速顯示技術,實現了千萬節點規模有限元模型流暢顯示。

2、應用范圍

SiPESC的核心功能是進行結構有限元分析與優化,具體包括工藝力學分析、多物理場分析、結構拓撲優化、工程結構分析、集成優化和軟件集成,可廣泛應用在機械、船舶、航空航天、車輛、建筑等行業的結構設計中,相關應用示例如下。

3、知識產權情況

軟件著作權申請并授權的專利共8項,具體包括:

1)工程與科學計算軟件集成系統,2010SR030020

2)插件管理系統,2010SR030151

3)活動流程圖定制軟件,2010SR030019

4)面向大規模計算的工程數據庫管理系統,2010SR031822

5)開放式結構有限元分析系統,2010SR030018

6)基于SiPESC平臺的線性魯棒控制軟件,2013SR008277

7)基于SiPESC平臺的線性最優控制軟件,2013SR020465

8)基于SiPESC平臺的集成優化軟件系統,2013SR019686

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