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科技成果简介:面向高端装备设计与分析创新平台(SiPESC)
2015-04-13 16:22 李伟 

1、产品和技术简介

SiPESCSoftware Integration Platform for Engineering and Scientific Computation,工程与科学计算集成化软件平台)是大连理工大学运载工程与力学学部/工业装备结构分析国家重点实验室在结构有限元分析与优化软件JIGFEX/DDJ/JIFEX等的基础上,研发的面向工程与科学计算的集成软件系统,目的在于构建适用于计算力学的科学研究和工程应用的公共服务软件平台,其特色是开放式、集成性和面向大规模计算。

目前软件平台已完成了愈200万行代码,构建了包括系统集成、结构分析、优化计算、结构拓扑优化、脚本语言、大规模可视化、多体动力学等多个子系统,发展了多重多级动力子结构、保辛DAE求解等特色算法,提出了开放性与集成性的数值软件设计方法和实现技术,为进一步面向多学科/多领域/多算法/多模型/多技术的科研、工程、及大规模计算等集成应用建立了良好数值仿真平台和技术基础。

SiPESC目前具备的主要功能有:

1)集成平台

集成平台包含面向多类型软件集成的过滤器集成工具、门户界面、脚本语言、集成开发环境等部分。过滤器工具是用于实现多类型应用程序集成,支持流程可视化定制、流程可控制化、并串行化的集成调用。门户界面由SiPESC中门户设计工具定制,提供个性化的信息和服务。脚本语言(pythonJavaScript)可用于调用插件、驱动流程、数值计算等二次开发,实现动态扩展和功能集成。

2)开放式结构有限元分析系统

SiPESC.FEMS(开放式结构有限元分析系统)是基于工程数据库与插件技术设计开发的开放式结构有限元分析系统,具有大规模有限元模型管理和分析求解能力,支持数据与模块的全级别开放;具有结构静力、自振、频响、瞬态、随机振动、屈曲分析等;支持30多类单元、多点约束、多工况、复合材料结构等特性;非线性功能包括几何非线性分析、材料非线性分析、屈曲非线性分析、动力非线性分析等;热分析包括稳态、瞬态、非Fourier分析,支持热力耦合、热冲击载荷。

3)集成优化计算系统

SiPESC.OPT(通用目标的集成优化计算软件)是一款用于解决通用优化问题的子系统。该系统为集成各种优化算法提供了基础,通过结合 SiPESC 其他模块,可解决复杂的优化问题。SiPESC.OPT 提供了BFGSSLPSQPGADGAMMA等多种优化算法,拥有方便各种优化过程的优化控制功能;提供统一数据管理功能,以及多种存取优化结果的途径;提供实验设计分析功能,支持多种实验模型;支持JavaScriptPython脚本实现,支持多应用程序联合优化。

4)结构拓扑优化

SiPESC.TOPO(结构拓扑优化系统)是一款用于结构初始阶段结构构型创新设计的子系统。该子系统具有结构刚度拓扑优化、结构位移拓扑优化、热传导拓扑优化、结构频率拓扑优化,机构屈曲拓扑优化等功能;具有 SIMPRAMP、多项式 SIMP等丰富的拓扑插值模型;支持与 SiPESC.OPT丰富的优化算法库集成;具备复杂边界条件、拓扑设计变量连接等求解能力。

5)动力模型修正

模型修正(Model updating)是以实验结果为依据修正有限元数值模型参数的过程。基于SiPESC开发的子系统可采用设计参数型模型修正方法对有限元模型进行修正,主要包含:基于模态参数的模型修正方法和基于频率响应函数(FRF)的模型修正方法。设计变量包含:弹性模量、材料密度、板壳厚度,杆截面积、弹簧刚度、螺栓参数等。

6)超大规模计算可视化

面向超大规模有限元计算的通用可视化系统。在软件框架设计方面,引入流式体系结构,具有高效计算和高效通信特性,满足大规模数据处理需求。在软件实现方面,采用工厂方法设计模式和插件技术,提高了系统的可扩展性和灵活性。在大规模数据可视化方面,提出了基于拓扑结构的内部单元剔除技术与精化数据结构,并基于VBO快速显示技术,实现了千万节点规模有限元模型流畅显示。

2、应用范围

SiPESC的核心功能是进行结构有限元分析与优化,具体包括工艺力学分析、多物理场分析、结构拓扑优化、工程结构分析、集成优化和软件集成,可广泛应用在机械、船舶、航空航天、车辆、建筑等行业的结构设计中,相关应用示例如下。

3、知识产权情况

软件著作权申请并授权的专利共8项,具体包括:

1)工程与科学计算软件集成系统,2010SR030020

2)插件管理系统,2010SR030151

3)活动流程图定制软件,2010SR030019

4)面向大规模计算的工程数据库管理系统,2010SR031822

5)开放式结构有限元分析系统,2010SR030018

6)基于SiPESC平台的线性鲁棒控制软件,2013SR008277

7)基于SiPESC平台的线性最优控制软件,2013SR020465

8)基于SiPESC平台的集成优化软件系统,2013SR019686

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