AIFEM是由南京天洑軟件有限公司自研的一款智能化、全流程有限元分析軟件。AIFEM在軟件需求分析階段即開始融入工業(yè)智能化、數(shù)字孿生和數(shù)據(jù)驅(qū)動的元素，著力實現(xiàn)基于數(shù)值仿真計算、參數(shù)敏感性分析和數(shù)值試驗數(shù)據(jù)庫的產(chǎn)品數(shù)字化模型。
面向工程應(yīng)用軟件可擴展性，AIFEM具備模型修復(fù)和網(wǎng)格自動劃分功能，最大限度減輕工程師前處理工作量；具有豐富的單元類型和材料本構(gòu)方程，方便進行固體力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、傳熱和電磁計算分析；在多物理場耦合分析領(lǐng)域，提供顫振、陣風響應(yīng)和靜氣彈等計算功能。幫助工業(yè)企業(yè)有效地建立設(shè)計、仿真和優(yōu)化相結(jié)合的一體化流程，提高產(chǎn)品的研發(fā)效率。
一、主要特色
（1）多領(lǐng)域通用功能和專業(yè)精細分支有機結(jié)合，精簡技術(shù)需求粒度，面向工程實際，提供簡潔、高效的仿真分析和設(shè)計優(yōu)化工具。
（2）整理、歸納了有重要實踐指導(dǎo)意義的理論解、大量公開試驗數(shù)據(jù)和公認可靠的數(shù)值分析數(shù)據(jù)，對求解器進行充分的確認驗證，力求用戶對數(shù)據(jù)的精準度、可靠性有定量、深入的理解和把握。
（3）深入調(diào)查一線工程師的使用需求和使用習慣，優(yōu)化軟件使用流程、數(shù)據(jù)庫存儲和相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，著力消除工程師需要反復(fù)處理的重復(fù)性工作。
二、功能概述
（1）清晰的仿真流程
AIFEM提供了從幾何導(dǎo)入、網(wǎng)格劃分、求解設(shè)定到后處理可視化的一整套完整清晰的仿真工作流程。所有流程均在一個圖形交互界面內(nèi)完成軟件可擴展性，不需要頻繁切換。求解設(shè)置也遵循了設(shè)計仿真人員的工作習慣，從材料屬性定義、截面屬性定義、分析類型定義、載荷定義、邊界約束條件定義到計算求解設(shè)定再到計算過程監(jiān)測一氣呵成。用戶只需要通過對必要參數(shù)的基本設(shè)置即可自動完成整個仿真過程，對設(shè)計仿真人員非常友好。
圖1 清晰的仿真流程
（2）豐富的有限元分析功能
AIFEM提供了工業(yè)設(shè)計和工程仿真中常用的有限元分析功能。包括靜力學(xué)分析、慣性釋放、模態(tài)分析、屈曲分析、諧響應(yīng)分析、彈塑性分析、瞬態(tài)分析（時域法和模態(tài)法）等力學(xué)分析功能。同時AIFEM提供了穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)分析（包括線性分析和非線性分析）、穩(wěn)態(tài)熱輻射分析、瞬態(tài)線性熱傳導(dǎo)分析等熱分析功能。另外AIFEM可以處理包括顫振、陣風響應(yīng)、靜氣彈和熱氣彈等多物理場耦合分析問題。并提供了基于簡單的光學(xué)方法和初始矩量法的計算電磁學(xué)功能。
圖2 豐富的有限元分析功能
軟件同時支持導(dǎo)入市面上現(xiàn)有的三維模型的多種格式，以及通過商用軟件進行劃分好網(wǎng)格的有限元模型，使得仿真工作更加精細。極大地緩解后期由于網(wǎng)格畸變帶來的困擾。
在自動劃分網(wǎng)格時，能通過曲率以及最小幾何尺寸來劃分網(wǎng)格進行疏密調(diào)整。同時軟件自帶網(wǎng)格質(zhì)量檢查功能，例如：長寬比、翹曲、坍塌比、最小邊等。
圖3強大的網(wǎng)格劃分功能
AIFEM具備完備的前后處理功能，前處理模塊提供分析類型、網(wǎng)格劃分、截面屬性、材料屬性、接觸屬性、邊界條件、載荷施加和求解設(shè)定等功能，支持創(chuàng)建材料的同時保存到材料庫，方便用戶定義自己的材料庫。后處理模塊提供了豐富的包括云圖、圖表、結(jié)果對比等便捷的可視化功能。
（3）快速智能有限元分析和實時仿真
目前商用有限元分析軟件的仿真時間較長，AIFEM采用了人工智能的技術(shù)加速有限元分析計算，大大提高了有限元分析效率。對于特定的分析類型，通過有限元分析技術(shù)和人工智能技術(shù)的深度結(jié)合實現(xiàn)實時仿真，從而使AIFEM可以作為設(shè)計人員日常使用的智能仿真工具。
（4）通用性和可擴展性
AIFEM作為一款通用的有限元分析軟件，可以應(yīng)用到航空航天、船舶海洋工程、能源動力以及汽車等諸多工業(yè)領(lǐng)域。軟件自帶的腳本語言支持客戶進行二次開發(fā)和定制化，具有較強的可擴展性。
（5）友好的人機交互界面，跨平臺支持
AIFEM提供了基于客戶端的圖形界面，支持CPU并行，可滿足復(fù)雜重量級的有限元分析要求。支持跨平臺即同時支持和Linux操作系統(tǒng)。
三、精度驗證
（1）Delta機翼靜力學(xué)分析
X方向為機翼展向，Y為流向，Z為機翼厚度方向。由于Delta機翼在X和Z方向的對稱性，只建立1/4幾何模型。
機翼蒙皮采用四邊形殼單元；機翼前緣采用三角形殼單元；梁和肋采用四邊形受剪殼單元；梁、肋交線用桿單元。（*下折線圖左為前緣集中載荷，圖右為尾緣集中載荷）
圖4 AIFEM計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)對比
（2）三維實體靜力學(xué)分析
AIFEM有限元模型如下：
三維長方形實體模型：(L,w,h)=(20,4,16)；在長方形一端施加力矩：My=2.048e3；其余邊界固定；采用六面體單元。AIFEM計算結(jié)果與理論分析數(shù)據(jù)對比如下。通過理論分析方法計算出各個節(jié)點的位移以及單元中心處的應(yīng)力；AIFEM的應(yīng)力值為單元平均值。
圖5 AIFEM計算結(jié)果與理論分析數(shù)據(jù)對比
（3）模態(tài)分析
AIFEM有限元模型如下：三維平板：(L,w,h)=(20,20,1)；四個邊界為鉸接；彈性模量：3.0e7，泊松比：0.3；采用四邊形單元。
圖計算結(jié)果與理論分析數(shù)據(jù)對比
AIFEM計算結(jié)果與理論分析數(shù)據(jù)對比如下：第1至3階模態(tài)振型如上圖所示；第1至3階模態(tài)固有頻率的理論分析數(shù)據(jù)與AIFEM不同網(wǎng)格的計算結(jié)果見下表。
Mode
AIFEM（粗網(wǎng)格）
AIFEM（細網(wǎng)格）
1
0.9069
0.9056
0.9066
2
2.2672
2.2634
2.2663
3
4.5345
4.5329
4.5340
（4） 屈曲分析
AIFEM有限元模型如下：
幾何外形：圓柱面；圓柱半徑、高度和厚度(R,H,T)=(80,50,2.5)；高度方向兩個邊界沒有軸向位移；采用圓柱坐標系下的三角形單元。
AIFEM計算結(jié)果如下：
進行特征值分析，獲得前四階模態(tài)特征值和特征向量；前三階模態(tài)振型如下圖：
針對每個模態(tài)分別計算其對應(yīng)的臨界載荷；AIFEM前四階模態(tài)臨界載荷數(shù)據(jù)與理論分析數(shù)據(jù)對比如圖所示。
圖7 AIFEM計算結(jié)果與理論分析數(shù)據(jù)對比
（5） 螺旋槳諧響應(yīng)分析
AIFEM有限元模型：
建立螺旋槳槳葉的簡化建模：槳葉和槳盤均取中弧面幾何形狀；非定常氣動載荷的頻率為133.3Hz；采用圓柱坐標下的三角形單元。
圖計算網(wǎng)格
進行特征分析，計算了槳葉18階模態(tài)；根據(jù)模態(tài)計算結(jié)果，計算槳葉對非定常氣動載荷的響應(yīng)；槳葉變形位移和正應(yīng)力分布云圖如下圖所示。
圖計算結(jié)果
四、應(yīng)用案例
（1）蝸殼靜力學(xué)分析
圖10 蝸殼靜力分析位移云圖
（2）風扇模擬分析
圖11 風扇模擬分析位移云圖
（3）變幅桿諧響應(yīng)分析
圖12變幅桿諧響應(yīng)分析位移云圖
圖13變幅桿諧響應(yīng)分析位移-頻率圖
（4）易拉罐屈曲分析
圖14變幅桿諧響應(yīng)分析位移云圖
當前版本功能主要包括：靜力分析、模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析、屈曲分析、熱分析、譜分析、隨機振動分析、智能加速等。電磁計算和多物理場耦合分析功能也將陸續(xù)發(fā)布。