SimScale

SimScale - це програмний продукт автоматизації інженерних розрахунків (CAE) на основі хмарних обчислень. SimScale розроблений SimScale GmbH і дозволяє виконувати обчислення гідродинаміки, аналіз методом скінченних елементів і теплові симуляції.^[1][2] Бекенд платформи використовує відкриті вихідні коди:

• Метод скінченних елементів: Code_Aster і CalculiX^[en]
• Обчислювальна гідродинаміка: OpenFOAM

SimScale

Тип	Computer-aided engineering
Розробник	SimScale GmbH
Платформа	Web browser
Стан розробки	Active
Ліцензія	shareware
Вебсайт	simscale.com

Так як SimScale заснований на хмарних сервісах, це дозволяє користувачам виконувати моделювання і, в свою чергу, розглядати більшу кількість конструктивних змін, у порівнянні з моделюванням з використання локальних комп'ютерних систем.

Історія

SimScale GmbH була заснована в 2012 році п'ятьма випускниками Мюнхенського технічного університету^[3]. Після бета-тестування, платформа SimScale була запущена у другому півріччі 2013 року.^[4]

2 грудня 2015 року був анонсований громадський план, щоб зробити безкоштовний доступ до платформи,^[5][6] в рамках ініціативи демократизації САПР і розширити свою базу користувачів професійних інженерів і САПР експертів для включення малих і середніх підприємств, а також студентів і окремих розробників продукту.^[7][8]

У 2016 почалася їх співпраця SimScale з Autodesk по розробці можливості легкого завантаження користувачам Fusion 360 своїх 3D-моделей (CAD) моделей безпосередньо на SimScale платформу.^[9] В кінці 2016 року SimScale Academy була запущена, забезпечивши появу нової навчальної платформи на запит курсів інженерного моделювання.^[10]

Станом на грудень 2016 року, кількість підписних SimScale користувачів досягла 80 000, а число проектів моделювання у вільному доступі в публічному проекті SimScale перевищило 1500.^[11]

У вересні 2017 року кількість користувачів платформи SimScale досягнуло 100 000.

Типи інженерних обчислень

Платформа SimScale надає можливості для вирішення та візуалізації різних інженерних задач. Нижче наведені приклади з бібліотек проектів SimScale.

Метод кінцевих елементів (FEA)

FEA модуль SimScale використовує відкриті вихідні коди / рішення Code_Aster і CalculiX. Ці коди дозволяють лінійного і нелінійного статичного/динамічного аналізу конструкцій. Code_Aster використовується для моделювання із урахуванням втоми матеріалу, пошкодження, механіки руйнування, механіки контактної взаємодії, геоматеріалів, пористого середовища, мульти-фізики муфти і багато іншого. CalculiX має аналогічні функціональні можливості, дозволяючи користувачам створювати, розраховувати і аналізувати FEA.

Linear static analysis	Nonlinear static analysis	Linear dynamic analysis	Нелінійний динамічний аналіз
Linear static analysis calculates displacements and stresses resulting from the applied load. The image describes the contour plot of stresses obtained from linear static analysis of a gripper arm. Project: Static structural analysis of a gripper arm.[12]	This image shows a nonlinear static analysis of a snap-fit. The analysis incorporates a complex physical contact behavior between the two components. The analysis is done on SimScale. Project: Contact analysis of a consumer snap fit.[13]	The image shows a stress contour plot obtained via linear dynamic analysis. The mobile is dropped from the height of 2m to get the effective deformation due to impact. Project: Linear dynamic analysis of a dropped phone.[14]	Такий тип аналізу вивчає динамічний відповідь структури, піддану навантаженням в залежності від часу. Зображення показує вплив жорсткої пластини на черепа у шоломі і без. Проект: Динамічний нелінійний аналіз впливу людського черепа.[15]
Multibody dynamics	Гармонійний аналіз	Модальний аналіз	Моделі матеріалів
This image shows a linear analysis of a multibody system. SimScale allows the import of CAD models and meshes with both individual parts and assemblies. Linear contact constraints, such as bonded / small sliding contacts, are supported. Project: Linear analysis of a multibody system.[16]	Гармонійний аналіз може показати піковий відгук системи при навантаженні в заданому діапазоні частот. Зображення показує контурний графік переміщень. Моделювання проводилося з використанням програмного забезпечення SimScale FEM. Проект: Гармонійний аналіз крильчатки.[17]	Модальний аналіз може допомогти визначити власні частоти і власні моди структури за рахунок вільних відрацій. Це зображення показує контурний графік переміщень. Це показує різні власні моди ферми моста. Проект: Анкерний аналіз моста власних частот.[18]	Продукт пропонує використовувати різні матеріали, які підходять для багатьох інженерних додатків в рамках завантаження або скачування. Різні моделі гіперпружних матеріалу також доступні для моделювання високо еластичних матеріалів. Проект: Стрес аналіз серцево-судинного стента.[19]

Обчислювальна гідродинаміка

SimScale використовує OpenFOAM для моделювання потоку рідини та газів. Наступні типи аналізу інтегровані у SimScale:

Ламінарний потік	Турбулентні потоки	Нестискуваний потік
Гладкий потік, який має місце при малих швидкостях - зображення показує ламінарний потік текучого середовища в чистому приміщенні. Аналіз проводився з використанням компонента CFD платформи SimScale. Проект: ламінарний потік рідини в чистому приміщенні.[20]	Грубі потоки, які, як правило, відбуваються, коли швидкість перетинає поріг - приклад буде турбулентний потік рідини в циклонний сепаратор. Проект: Турбулентний потік рідини в циклонний сепаратор.[21]	Згаданий потоків як постійні щільності, навіть стискувані рідини можуть мати цей тип наближення потоку при низьких швидкостях, як показано на малюнку. Проект [Архівовано 30 серпня 2017 у Wayback Machine.]: нестисливого потік через трубку Вентурі інжектор.
Багатофазних потік	Пасивний скалярний транспорт	Взаємодія потоку та твердого тіла
Для аналізу потоку різних фаз або різних властивостей матеріалу - багатофазна моделювання процесу перемішування в реакторі показаний на зображенні. Аналіз робиться на SimScale. Проект: багатофазна моделювання процесу перемішування, в реакторі.[22]	Нова скалярна величина вводяться в поле нестисливої рідини - поширення диму / оформлення є типовим прикладом такого роду потоку. Цей аналіз був проведений з платформою SimScale CFD. Проект: Скалярний моделювання транспорту CFD в гаражі.[23]	Залучає потоки текучого середовища, які залежать від твердого руху тіла - загальний приклад потоку змінений відкриттями і закриттям клапана скидання тиску. Моделювання проводилося з використанням SimScale. Аналіз Запобіжний клапан.[24]

Термодинаміка

Термодинамічний модуль SimScale використовує OpenFOAM для задач з твердим тілом і задач, де присутня теплова взаємодія між рідиною та твердим тілом. Для термо-структурного аналіз, SimScale використовує Code_Aster і CalculiX. В даний час, SimScale дозволяє моделювати телопровідність, спряженого теплообмін^[25] і конвективний теплообмін. Види аналізу які можна використовувати за допомогою SimScale:

Термомеханічний аналіз	Конвекці	Теплообмін	Радіаційний теплообмін
Компонент термічного аналізу програмного забезпечення SimScale дозволяє виконувати термо-механічних та аналізу теплопередачі, як показано на малюнку вище. Аналіз проводився на SimScale. Проект: термо-Структурний аналіз тріснула труба.[26]	Передача тепла відбувається в результаті руху рідини, викликане плавучістю і/або зовнішніх джерел, таких як вентилятор або обігрівач - в цьому випадку конвективний потік усередині лампи за рахунок нагрівання катода. Проект: Конвективний потік усередині лампи.[27]	Це зображення показує тепловий ефект в електронних чипів, змонтованих на друкованій платі (PCB). Цей перехідний тепловий аналіз проводився на SimScale платформи. Проект: перехідний тепловий Аналіз друкованих плат.[28]	Це зображення показує передачі тепла в процесі лазерного зварювання. В дизайн продукту, випромінювання зазвичай починає грати роль високих температур і, отже, теж враховується в цьому випадку. Наведений вище аналіз був здійснений з використанням SimScale.

Спряжений теплообмін, що імітує теплові перенесення енергії між твердою і рідкою формами - це найбільш часто використовуваний спосіб у конструкції теплообмінників, підігрівачів, охолоджувачів, електронні компоненти і інших джерел тепла.^[29]

Спряжений теплообмін
Теплопередачі існуючої між рідкої і твердої середовищ - типовим прикладом є теплообмінник, в якому передача тепла відбувається між двома рідинами, розділеними твердою області. Проект: теплообмінник - спряженого теплообміну моделювання.[30]

Формат файлів

SimScale дозволяє імпортувати геометрію в форматах STEP^[en] і STL; меші в форматах OpenFOAM, MED. Крім того, геометрія може бути безпосередньо імпортована від партнера Onshape^[en].

Застосунок SimScale для Autodesk Fusion 360 дозволяє прямий імпорт моделей з Autodesk Fusion з 360 до SimScale.^[31]

Промислове застосування

Програмне забезпечення платформи SimScale знаходить застосування в широкому спектрі галузей промисловості, таких як ОВК, вітроенергетика, автомобільна промисловість, аерокосміча галузь, електроніка, промислове устаткування і машини, радіатори, споживчі товари, біомеханіка і т. д.^[32] Японська компанія Tokyowheel — розробник гоночних коліс для спортсменів — використовує SimScale, щоб визначити найбільш аеродинамічного профілю колеса. Carlsson Autotechnik оптимізували аеродинаміку свого автомобіля за допомогою SimScale.^[33] Malaika^[en], компанія, що спеціалізується на розробці і виробництві автомобільних крісел, використовувала симулятор SimScale FEA lkz моделювання функціональних можливостей для проектування безпечних автокрісел для дітей.

Спільнота SimScale

У SimScale Community Plan було запущено 2 грудня 2015 року на основі нового раунду інвестицій, під керівництвом Union Square Ventures^[en] (USV).^[34] Community Plan є безкоштовним і включає в себе 3000 годин розрахуноків і 500 ГБ пам'яті на рік для кожного зареєстрованого користувача. Моделювання/проекти, створені користувачами зареєстрованим у рамках "Community Plan", є доступними для всіх інших користувачів SimScale публічних бібліотек проекту [Архівовано 23 вересня 2017 у Wayback Machine.]. Будь-який зареєстрований користувач може використовувати ці проекти як шаблон, щоб змінити або скопіювати.^[35]

Інформаційно-просвітницька програма SimScale

SimScale також організувала кілька безкоштовних вебінарів в рамках своєї навчальної програми для популяризації технологій серед любителів та дизайнерів. Вебінари, організовані SimScale включають в себе:

• CFD Майстер-клас^[36]
• FEA Майстер-клас^[37]
• Термічний Аналіз Практикум^[38]
• 3D-принтер Практикум^[39]
• F1 Аеродинаміка Практикум^[40]
• Моделювання в Біомедичної інженерії майстерні^[41]
• CFD в Формула студент і Формула SAE Практикум^[42]

Крім того, у 2016 році SimScale запустила свою академічну програму [Архівовано 25 червня 2017 у Wayback Machine.]^[43] для розвитку зв'язків зі школами, університетами та окремими дослідниками. В рамках програми, SimScale пропонує студентам безкоштовні передплати на професійний тарифний план і спонсорує студентські команди, які беруть участь у змаганнях, таких як Формула SAE/Формула-студент, SpaceX Hyperloop Pod Design і т. д.^[44]