SPHinXsys與AutoPDMS集成在線研討會舉行

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2021年05月20日湖南長沙(本網訊)

2021年05月13日(GMT+0800)16:00-18:00，光滑粒子動力學SPHinXsys開源程序與三維數據CAD/CAE集成設計和仿真平臺AutoPDMS合作討論在線會議舉行。長沙優易軟件開發有限公司(UESOFT)總裁李國斌主持會議，慕尼黑工業大學機械工程系(TUM-DME)SPHinXsys項目團隊胡湘渝高級講師、于永川博士(在讀)、張弛博士后、朱玉杰博士(在讀)，長沙優工軟件有限公司(UDSOFT)張書俊博士，長沙優科軟件有限公司(UKSOFT)總經理陳百煉，長沙優麓軟件有限公司(ULSOFT)總經理魯紅輝，UESOFT項目經理張喆、董浩，等，共13人參加在線會議。

慕尼黑工業大學噴氣推進研究所(TUM-DAG)于永川介紹了SPHinXsys開源程序、功能和算例。SPHinXsys集成了歐拉法，而DualSPH開源代碼則沒有實現歐拉法。

SPHinXsys是胡湘渝博士團隊采用C/C++開發的一個開源無網格、多分辨率、多物理場、光滑粒子動力學SPH庫。它的目標是建模耦合多物理場工業動力學系統包括流體、固體、多體動力學和多分辨率統一SPH框架�，F在代碼0.2.0版本包括流體動力學、固體動力學、熱和質量擴散、電化學反應、流固耦合FSI及它們與剛體動力學的耦合。

DualSPH庫也是采用C/C++編寫的一個開源光滑粒子動力學SPH庫。

張弛介紹了SPHinXsys原理和應用、計算效率對比等。張弛認為，一些算例對比表明，SPHinXsys算法不僅代碼比較通用，性能也超過了傳統網格法代碼。

李國斌介紹了優易集團開發的AutoPDMS項目情況及目前用戶需求與開發工作難點。優易集團不是一個法律實體，而僅僅是一個名詞，截止2021年05月13日，它是UESOFT、UKSOFT、UDSOFT、ULSOFT四個公司的合稱。它的績效管理和利益分成規則受UESOFT與其它三個公司負責人或股東簽署的三份聯合開發協議約束，并根據業務發展狀態而不斷改進，以促進集團的可持續發展與進化。自2000年10月23日UESOFT成立以來，優易集團已經擁有中國558家正版用戶，并建立了1963人的用戶QQ群(39379062)網絡。

AutoPDMS集成了設計庫(配管Piping、設備Equipment、暖通空調HVAC、支吊架H\&S、電纜橋架cabletray、鋼結構Steel、結構Structure、建筑Architecture、房屋Building、機電管MEP、機械Mechanical、電氣Electrical)、構造元件庫和構造等級庫(Paragon \& Specon)、管段圖SPOOL、軸測圖Isodraft、投影圖DRAFT、模型轉換(導出PDMS模型到AutoPDMS)、權限管理Admin、多用戶協同設計、渲染、網格Mesh、有限元FEM、應力分析、結構分析、流體分析、電磁場分析、多物理場分析等。AutoPDMS是使用STL、BOOST、MFC、OpenGL、ObjectARX、ZRX、GRX、OpenSceneGraph、Git、GTK、Pidgin、UnrealIRCd寫成的C/C++庫。支持AutoCAD、ZWCAD、GStarCAD三大平臺。

UESOFT現在試圖將開源有限元代碼CalculiX集成到AutoPDMS，遇到一些困難。

CalculiX是一個用有限元方法求解場問題的軟件包。使用CalculiX可以建立，計算和后處理有限元模型。使用OpenGL API的交互式3D工具做前處理器和后處理器。求解器能夠進行線性和非線性計算�？商峁╈o力，動力和熱求解。兩個程序都可以獨立使用。由于求解器使用了abaqus輸入格式，所以也可以使用商業預處理器。反過來，預處理器能夠編寫nastran，abaqus，ansys，code-aster和開源cfd代碼dolfyn，duns，ISAAC和OpenFOAM的網格相關數據。包括一個簡單的步驟閱讀器。另外還有像vda_to_fbd這樣的外部CAD接口。該程序運行在Linux和Irix計算機等Unix平臺上，但也可運行在MS-Windows上。CalculiX核心代碼由Guido Dhondt(圭多·鄧特，簡歷參考http://www.dhondt.de/authors.htm) (1961-)開發。鄧特博士獲得比利時天主教魯汶大學(Leuven，Belgien)土木工程學位和美國普林斯頓大學(U.S.A)土木工程專業博士學位。1987年他開始工作在德國慕尼黑航空發動機公司(MTU，muenich，德國)，集中于斷裂力學的研究。后來，他一直工作在自動網格劃分程序三維循環裂紋擴展預測的有限元法。

張書俊長期從事流固耦合研究，主要關注FEM和FVM方法。他在討論中指出，SPH是一種無網格方法，通用性較好，能夠解決多相流、流固耦合等難題，但計算效率可能較低，是否能在管網工程計算中發揮作用，需要進一步實際檢驗或做很多開發工作。

李國斌介紹管道應力分析有限元代碼PipeFEM為UESOFT投資張博士獨立開發，功能與美國Coade公司(現在被美國�？怂箍倒�司收購)管道應力分析有限元程序CAESAR II相近�，F在PipeFEM成為中國唯一自主產權的管道應力分析有限元C++庫，居于中國市場第2名。

李國斌還希望在AutoPDMS集成電機、控制器、斷路器等電氣領域仿真代碼，并介紹了相關研究人員的工作。

一位不愿具名的大學講師在討論中說，自己主要做有限元的電磁場和熱耦合仿真，今天借此機會學習了解SPH。另外自己也看到一個工業軟件QQ群里有人介紹，杭州舜云科技有限公司(https://shoncloud.com/)成立于2019年6月，開發了一款基于無網格粒子法的三維流體多物理場數值仿真軟件shonDy，采用MPS等方法進行多相流、流固耦合等仿真分析。創辦人王溪博士在德國卡爾斯魯厄理工學院(KIA)留學，得到了順融資本、相城金控的1000萬元投資。

胡湘渝參與了技術難點討論，認為工廠管網是一個大規模網絡，求解這種網絡面臨很多挑戰。網絡求解可以使用各種方法，例如有限元FEM、有限差分FDM、有限體積FVM、時域有限差分FDTD、格子玻爾茲曼LBM、離散元DEM、光滑粒子動力學SPH、分子動力學MD、量子力學QD等，管網系統分析涉及多尺度建模和分析，通過一些抽象，使得代碼具有相同的結構，并易于實現強耦合，提高計算效率，并提到了以前張弛做的算例：心臟電神經網絡解決方案。

李國斌提出，上述方法中最后四種DEM、SPH、MD、QD都采用球形粒子模型，通用性好，代碼簡單容易維護，缺點是計算量太大，計算速度較慢，為此在MD和QD中引入密度函數理論DFT，使得求解速度比MD、QD等從頭算或第一性原理算法高了幾個數量級。是否可以采用這些代碼并結合FEM、LBM等代碼加快計算速度，或者僅僅使用一種代碼也可以加快計算速度？這可能是一些世界性難題。

根據胡湘渝的思路啟示，李國斌提到了KiCAD。KiCAD是一個GPL的EDA電子設計自動化軟件包，它的三維模型顯示代碼采用開源軟件代碼FreeCAD。它采用美國加州大學伯克利分校開源電路分析代碼SPICE計算電路網絡。SPICE是否可用于管網計算？應該是可以的，但可能要寫大量的轉換代碼，這樣可能增加成本。

最好的方法是否是利用有限元或SPH自身網絡？計算網絡要速度快而且要計算結果比較準確的話，一般要結合一維單元和多維單元。對于SPH方法是否也是如此?

各方認為，AutoPDMS庫集成SPH庫、FEM庫還需要進一步探討。
相關鏈接：

胡湘渝簡歷 https://www.mw.tum.de/aer/mitarb ... l-xiangyu-hu/#c2372

SPHinXsys項目 https://github.com/Xiangyu-Hu/SPHinXsys

DualSPH項目 https://github.com/DualSPHysics

CalculiX項目 http://www.calculix.de/

AutoPDMS+PipeFEM+PHS3D 項目 http://www.kabayakiya.net/forum.php? ... 5974&extra=page%3D1

舜云科技有限公司 https://shoncloud.com/index.html