网络分布计算的核心问题是解决统一的中央调度问题。文献[2]用Mega-Solver执行这一任务。Mega-Solver平台包括了三个基本要素:
(1)一般性通用XML模型描述;
(2)广义黏合算法;
(3)基于网络的分布式结构。
图9.2 分布式虚拟汽车仿真平台结构
图9.2所示为分布式虚拟汽车仿真平台结构。XML模型首先储存在模型数据库中,其中包裹着各种用来进行仿真计算的模型及其求解器,可使所有仿真模型在分布式平台中受到同样对待并可进行标准化处理。仿真平台用户可以在模型数据库中搜索适当的零件模型,并把它们装配成个性化的整车模型。XML模型描述是整个分布式仿真平台的基本元素,是物理模型的代理。标记语言XML是网络数据交换的应用标准,在这里,XML被用于描述机械仿真模型。模型描述需要具有足够的通用性来代表可能遇到的各种仿真模型,同时还应该足够灵活,以便适应于仿真模型的不断扩展。
黏合算法把不同仿真模型耦合在一起来模拟整个系统的行为,是平台构建的关键要素。黏合算法必须保证仿真的精度、稳定性和有效性,同时必须保证商业竞争中个体零件的“隐私”。在仿真过程中,子系统界面的平衡条件和兼容条件要同时得到满足。界面信息包括力传递信息和运动信息(如位移、速度和加速度)。平衡条件是指相连接的子系统在连接界面上满足力的平衡条件(除非有外力作用,否则界面上的力不会多出也不会丢失)。兼容条件指的是界面的位移、速度和加速度要保持时空连续性。Mega-Solver采用了适用于有限元和多体动力学模型的“T-T黏合算法”,所发开的算法只依赖于零件模型的界面信息,并且可以保护子系统内部的专有信息。为了解决在有限元模型黏合中经常出现的界面不匹配问题,Mega-Solver开发了处理非匹配界面的新方法。
分布式系统结构的作用是最佳地利用分布的求解资源对集成的复杂系统进行仿真,并提供优化计算资源的解决方案。图9.3所示为分布式仿真平台的逻辑结构框图,每个椭圆代表一个仿真服务器,它能包裹通过网络访问的仿真求解器和实现黏合运算。任何成熟的网络分布式技术都可以借用,例如CORBA、COM和JAVA RMI;用户通过网络浏览器访问和发送用XML描述的模型到仿真管理器来进行运算;仿真管理器先要创建一个基于XML文件的集成模型目标(虚拟汽车),然后虚拟数字化平台解析XML文件并与适当的子系统模型目标连接。
在分布式仿真平台中,所有仿真求解器都要按照统一标准进行包裹并放在网络上,以便零件模型能够待在它们自己指定的网络位置,黏合算法能够把它们连接到仿真服务器来执行集成仿真。用标准界面方法包裹仿真求解器,根据标准界面信息就可以往集成仿真平台里调用任何子系统的模型。
上述分布式虚拟汽车平台不但可以用来集成多个物理系统,还可以实现多目标(多性能)的同步最优设计。在不同软件(Matlab,ABAQUS,Madymo,MSC/ADAMS,MSC/NASTRAN)下建立的子系统(总成)模型(发动机、轮胎、人体模型、悬架、车身),可以在一个统一的平台下合成,然后同时实现碰撞安全、车辆动力学、疲劳强度、振动噪声,甚至防爆的性能分析。在分布式虚拟平台里,从已有车型中取出的借用件可以方便地组装在新设计里,新开发的系统及零部件可以实现TSS(拓扑、形状、尺寸)同时最优化设计。总而言之,成功的数字化平台可实现以下功能:
(1)数字化模型的参数化、模块化和分析自动化;
(2)多层次子结构的自动分解与综合;
(3)基于子结构方法的灵敏度分析;
(4)功能目标的有序分解(Target Cascading)和性能同步控制;
(5)基于拓扑优化的汽车结构最优设计;
(6)统一CAD和CAE的等几何分析;
(7)功能导向的TSS同时优化设计。
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