Simulation for Tomorrow’s Industrial Design Flows

Dassault Systèmes SIMULIA，www.3ds.com

今天的工程师们正致力于提供具有竞争力、高性能和高能效的智能产品。这些产品需要的不是高度专业化的单一仿真工具，而是需要集成了各种功能、跨学科和跨物理领域的灵活、通用的设计软件。

CST Studio Suite是领先的电磁（EM）仿真工具箱，用于设计、分析和优化。2019年版本引入了改善团队之间协作设计的几项新功能，包括加密数据的共享、改进的导入工具和3DEXPERIENCE平台上的EM仿真。CST Studio Suite 2019为最新硬件进一步优化了求解器，并将不同的求解器方法集成到混合求解器中。

关于3DEXPERIENCE

达索系统公司（Dassault Systèmes）在2016年收购了CST，集约化发展促使CST Studio Suite与达索系统的其他设计和多物理仿真工具的集成。此过程主要是将CST Studio Suite引入3DEXPERIENCE平台。

该3DEXPERIENCE平台是一个业务体验平台，提供了达索系统的产品协同环境的软件解决方案。通过与3DEXPERIENCE集成，可以直接从平台启动CST Studio Suite，使用平台上已有的SolidWorks和CATIA等工具的CAD数据，并可以在平台上查看和共享仿真结果。

网格导入

在2019版本中，汽车行业的一个重要特征是能够导入时域、积分方程和渐近求解器的噪声、振动和粗糙度（NVH）网格。由于车辆的CAD模型通常很复杂，因此制造商通常会准备一个带有待仿真的表面网格的简化模型。车身面板之间的连接对于EM仿真至关重要，并且此信息可以包含在NVH网格中，从而缩短准备仿真模型的时间并减少由于错误连接而导致的错误。可以使用SIMULIA Abaqus和NASTRAN格式导入网格。

混合仿真

每种EM求解器都有其优点和缺点：一些是宽带，而另一些则更适合于强谐振的应用；有些可以非常有效地对电大尺寸的结构进行建模，而另一些则可以非常精确地进行非常小的复杂几何形状的仿真。然而，系统通常包括既有精细细节又有电大部件的谐振和宽带组件。对于这些应用，将多个求解器相结合实现混合仿真可以显著缩短仿真时间。

使用CST Studio Suite 2019，混合仿真支持所有通用高频方法：时域求解器（T求解器），频域求解器（F求解器），积分方程求解器（I求解器），传输线矩阵（TLM）求解器和渐近求解器（A求解器）。例如，这允许将使用时域求解器对天线进行的详细仿真与使用渐近求解器对飞机上安装天线后的性能仿真相结合。

加密模型支持

系统设备制造商通常需要供应商的仿真模型，这些仿真模型可以在系统集成仿真，并进行验证和认证。这些模型可能泄露机密设计信息，因此在公司外部共享这些信息代表了潜在的知识产权风险。为了降低这种风险，CST Studio Suite 2019能够生成加密的黑盒子仿真模型，隐藏组件的细节，同时允许使用T求解器进行精确仿真（图1）。

图1、上图为天线设计，下图为其加密后的黑盒子，显示了如何隐藏设计元素。

受保护的模型显示为一个盒子，其中隐藏了所有内部细节，包括端口的材料属性和几何形状。模型数据和仿真结果在磁盘上安全加密。此模型可以导入到其他CST Studio Suite仿真项目中，并由第三方在仿真中使用，而不会显示组件的外观。

下一代PBA

完美边界近似（PBA）^®是一种专有的共形网格划分技术，允许曲面采用六面体网格进行精细化剖分和仿真，无需梯度元素。CST Studio Suite 2019集成了新一代官方发布版的PBA技术。该网格划分引擎可以处理比以前更复杂的CAD模型，同时减少精细仿真所需的网格单元数量。这增加了时域求解器的健壮性和速度。

人体体素布置器

体素（voxel）模型使用小立方元素在3D空间中编码结构信息。它们广泛用于医疗器械设计和暴露分析的人体详细模型。这些模型通常提供站立或躺卧姿势；然而，在电子设备的场景中，它们可能需要具有各种逼真的姿势（图2）。用于构建体素模型的独立CST工具已有多年的历史，与CST Studio Suite 2019一起，它直接集成到3D建模界面中。人体模型可以导入到仿真环境中，无论是将模型的手抬到头部以握住电话还是将整个身体弯曲以坐在汽车座椅中，都可以通过布置实现系统适应。

图2、布置为汽车驾驶员的人体体素模型。

高性能计算

2019版的CST Studio Suite以多种方式扩展了支持高性能计算（HPC）的选项，如GPU加速、分布式计算和MPI集群计算，允许用户执行极其复杂的仿真，即使这些仿真涉及大型精细化仿真模型、大量端口或对众多参数值的扫描和优化。对于硬件加速，CST Studio Suite 2019支持最新的Nvidia加速卡、Quadro GV100和Tesla V100，可在服务器和工作站上提供前所未有的性能。分布式计算控制器已经过优化，可以提高处理结果的速度。CST Studio Suite现在也可以在越来越多的云计算平台上使用，包括Nimbix和UberCloud等专业解决方案，以及AWS、Azure和Google Cloud Platform等公共云平台。

总结

2019年发布的CST Studio Suite提供了最通用的EM仿真产品，帮助工程师处理复杂产品、优化性能并减少开发时间和成本。它标志着3DEXPERIENCE平台在全面多物理场仿真上迈出了重要一步，使EM仿真成为许多工业工作流程的标准。