SPHinXsys与AutoPDMS集成在线研讨会举行

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2021年05月20日湖南长沙(本网讯)

2021年05月13日(GMT+0800)16:00-18:00，光滑粒子动力学SPHinXsys开源程序与三维数据CAD/CAE集成设计和仿真平台AutoPDMS合作讨论在线会议举行。长沙优易软件开发有限公司(UESOFT)总裁李国斌主持会议，慕尼黑工业大学机械工程系(TUM-DME)SPHinXsys项目团队胡湘渝高级讲师、于永川博士(在读)、张弛博士后、朱玉杰博士(在读)，长沙优工软件有限公司(UDSOFT)张书俊博士，长沙优科软件有限公司(UKSOFT)总经理陈百炼，长沙优麓软件有限公司(ULSOFT)总经理鲁红辉，UESOFT项目经理张喆、董浩，等，共13人参加在线会议。

慕尼黑工业大学喷气推进研究所(TUM-DAG)于永川介绍了SPHinXsys开源程序、功能和算例。SPHinXsys集成了欧拉法，而DualSPH开源代码则没有实现欧拉法。

SPHinXsys是胡湘渝博士团队采用C/C++开发的一个开源无网格、多分辨率、多物理场、光滑粒子动力学SPH库。它的目标是建模耦合多物理场工业动力学系统包括流体、固体、多体动力学和多分辨率统一SPH框架。现在代码0.2.0版本包括流体动力学、固体动力学、热和质量扩散、电化学反应、流固耦合FSI及它们与刚体动力学的耦合。

DualSPH库也是采用C/C++编写的一个开源光滑粒子动力学SPH库。

张弛介绍了SPHinXsys原理和应用、计算效率对比等。张弛认为，一些算例对比表明，SPHinXsys算法不仅代码比较通用，性能也超过了传统网格法代码。

李国斌介绍了优易集团开发的AutoPDMS项目情况及目前用户需求与开发工作难点。优易集团不是一个法律实体，而仅仅是一个名词，截止2021年05月13日，它是UESOFT、UKSOFT、UDSOFT、ULSOFT四个公司的合称。它的绩效管理和利益分成规则受UESOFT与其它三个公司负责人或股东签署的三份联合开发协议约束，并根据业务发展状态而不断改进，以促进集团的可持续发展与进化。自2000年10月23日UESOFT成立以来，优易集团已经拥有中国558家正版用户，并建立了1963人的用户QQ群(39379062)网络。

AutoPDMS集成了设计库(配管Piping、设备Equipment、暖通空调HVAC、支吊架H\&S、电缆桥架cabletray、钢结构Steel、结构Structure、建筑Architecture、房屋Building、机电管MEP、机械Mechanical、电气Electrical)、构造元件库和构造等级库(Paragon \& Specon)、管段图SPOOL、轴测图Isodraft、投影图DRAFT、模型转换(导出PDMS模型到AutoPDMS)、权限管理Admin、多用户协同设计、渲染、网格Mesh、有限元FEM、应力分析、结构分析、流体分析、电磁场分析、多物理场分析等。AutoPDMS是使用STL、BOOST、MFC、OpenGL、ObjectARX、ZRX、GRX、OpenSceneGraph、Git、GTK、Pidgin、UnrealIRCd写成的C/C++库。支持AutoCAD、ZWCAD、GStarCAD三大平台。

UESOFT现在试图将开源有限元代码CalculiX集成到AutoPDMS，遇到一些困难。

CalculiX是一个用有限元方法求解场问题的软件包。使用CalculiX可以建立，计算和后处理有限元模型。使用OpenGL API的交互式3D工具做前处理器和后处理器。求解器能够进行线性和非线性计算。可提供静力，动力和热求解。两个程序都可以独立使用。由于求解器使用了abaqus输入格式，所以也可以使用商业预处理器。反过来，预处理器能够编写nastran，abaqus，ansys，code-aster和开源cfd代码dolfyn，duns，ISAAC和OpenFOAM的网格相关数据。包括一个简单的步骤阅读器。另外还有像vda_to_fbd这样的外部CAD接口。该程序运行在Linux和Irix计算机等Unix平台上，但也可运行在MS-Windows上。CalculiX核心代码由Guido Dhondt(圭多·邓特，简历参考http://www.dhondt.de/authors.htm) (1961-)开发。邓特博士获得比利时天主教鲁汶大学(Leuven，Belgien)土木工程学位和美国普林斯顿大学(U.S.A)土木工程专业博士学位。1987年他开始工作在德国慕尼黑航空发动机公司(MTU，muenich，德国)，集中于断裂力学的研究。后来，他一直工作在自动网格划分程序三维循环裂纹扩展预测的有限元法。

张书俊长期从事流固耦合研究，主要关注FEM和FVM方法。他在讨论中指出，SPH是一种无网格方法，通用性较好，能够解决多相流、流固耦合等难题，但计算效率可能较低，是否能在管网工程计算中发挥作用，需要进一步实际检验或做很多开发工作。

李国斌介绍管道应力分析有限元代码PipeFEM为UESOFT投资张博士独立开发，功能与美国Coade公司(现在被美国海克斯康公司收购)管道应力分析有限元程序CAESAR II相近。现在PipeFEM成为中国唯一自主产权的管道应力分析有限元C++库，居于中国市场第2名。

李国斌还希望在AutoPDMS集成电机、控制器、断路器等电气领域仿真代码，并介绍了相关研究人员的工作。

一位不愿具名的大学讲师在讨论中说，自己主要做有限元的电磁场和热耦合仿真，今天借此机会学习了解SPH。另外自己也看到一个工业软件QQ群里有人介绍，杭州舜云科技有限公司(https://shoncloud.com/)成立于2019年6月，开发了一款基于无网格粒子法的三维流体多物理场数值仿真软件shonDy，采用MPS等方法进行多相流、流固耦合等仿真分析。创办人王溪博士在德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIA)留学，得到了顺融资本、相城金控的1000万元投资。

胡湘渝参与了技术难点讨论，认为工厂管网是一个大规模网络，求解这种网络面临很多挑战。网络求解可以使用各种方法，例如有限元FEM、有限差分FDM、有限体积FVM、时域有限差分FDTD、格子玻尔兹曼LBM、离散元DEM、光滑粒子动力学SPH、分子动力学MD、量子力学QD等，管网系统分析涉及多尺度建模和分析，通过一些抽象，使得代码具有相同的结构，并易于实现强耦合，提高计算效率，并提到了以前张弛做的算例：心脏电神经网络解决方案。

李国斌提出，上述方法中最后四种DEM、SPH、MD、QD都采用球形粒子模型，通用性好，代码简单容易维护，缺点是计算量太大，计算速度较慢，为此在MD和QD中引入密度函数理论DFT，使得求解速度比MD、QD等从头算或第一性原理算法高了几个数量级。是否可以采用这些代码并结合FEM、LBM等代码加快计算速度，或者仅仅使用一种代码也可以加快计算速度？这可能是一些世界性难题。

根据胡湘渝的思路启示，李国斌提到了KiCAD。KiCAD是一个GPL的EDA电子设计自动化软件包，它的三维模型显示代码采用开源软件代码FreeCAD。它采用美国加州大学伯克利分校开源电路分析代码SPICE计算电路网络。SPICE是否可用于管网计算？应该是可以的，但可能要写大量的转换代码，这样可能增加成本。

最好的方法是否是利用有限元或SPH自身网络？计算网络要速度快而且要计算结果比较准确的话，一般要结合一维单元和多维单元。对于SPH方法是否也是如此?

各方认为，AutoPDMS库集成SPH库、FEM库还需要进一步探讨。
相关链接：

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

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

DualSPH项目 https://github.com/DualSPHysics

CalculiX项目 http://www.calculix.de/

AutoPDMS+PipeFEM+PHS3D 项目 http://www.uesoft.com/forum.php? ... 5974&extra=page%3D1

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