203 Altair Radioss结构显式非线性分析工程应用与解决方案_v2023

Eric Lequiniou, Marian Bulla

Radioss 在汽车行业应用

Radioss 在航空航天领域应用

Radioss 在家电电子行业应用

Radioss 在包装行业的应用

Radioss 在军工的应用

Radioss 在重工的应用

Radioss 在医疗体育的应用

Radioss 加速计算解决方案

Dynareader 转换功能

Radioss 开源

Radioss 在汽车行业应用

安全假人模型：

安全气囊折叠和展开：

失效风险评估：

安全壁障模型：

模拟分析结果与物理实验吻合的非常好。

SAB 折叠案例

PAB 折叠案例

使用 HyperWorks 结合 Radioss 求解器进行气囊折叠，导出网格质量满足 Radioss ， LS DYNA ， PamCrash 要求。

包含所有折叠步骤：

翻折

卷折

Z 字形折叠

翻边插入 (Tuck folding)

展平

缝合

以及组合上述方法顺序折叠

完全使用 CFD 方法模拟气囊内气体流动及其与周围部件的相互作用

标准的后处理

气体速度

温度，密度，压力

用户使用方便 : Radioss 内部自动网格划分

兼容所有类型的安全气囊

兼容各种流动和边界条件

提供 FVM 最佳实践

技术工作组（ Autoliv 、 TRW 、福特）

比粒子法更精确。

从 FVM 自动切换到 UP

22

专门的气囊接触类型 T YPE 23

可模拟泄气孔部分被盖住的泄气情况

结果

特定动画输出
/ANIM/NODA/TEMP: 织物上的温度
/ANIM/NODA/PRES : 对织物的压力

/ANIM/NODA/DENS: 织物上的流体密度

/ANIM/VECT/FVEL : 织物上的流体速度

气体温度

气体速度

© 2019 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.

安全带

座椅人体工学

假人定位

座椅与假人

座椅仿真

假人预模拟

Pedestrian Impact

IP 碰撞

材料模型库

25 种不同的弹塑性材料模型，可以曲线输入，可以考虑材料的各向异性等 ( 比如 Barlat 2000), …

12 种橡胶和泡沫的超弹性或粘弹性专用材料模型

10 种复合材料，蜂窝材料，织物材料模型

3 种专门的连接材料模型

… . 许多其他用于国防和土木工程专门的材料模型

材料失效模型库

7 种复合材料失效模型

12 种弹塑性材料专用失效准则

2 种专用的连接材料失效准则

… 其他用于国防，土木工程 , …

多个失效标准可与材料模型一起组合使用 .

允许用户子程序开发 （材料，失效）

材料模型 & 材料失效模型库

=>

超过 300 多种组合

材料库 ( 客户要求 )

碰撞载荷下的挤压铝 – 用于实体和壳体的 Barlat Yld2000 （ LAW87 ）
预定义材料（钢、 HSS 、 UHSS 、铝、塑料等）
考虑温度的 Johnson-Cook 模型
先进的多孔泡沫材料 （ LAW77 ）
Bergstrom-Boyce 粘弹性材料 （ LAW95 ）
基于现象学的粘弹性材料模型（ LAW100 ）
考虑拉剪耦合的高级连接材料（ LAW 83 ）

……

延性材料失效 ( 客户要求 )

失效曲线输入的模型 （ FAIL/TAB1 ） – 材料不稳定属性的改进
/FAIL/VISUAL ：失效可视化（ 4- 阶 Butterworth 滤波）
/FAIL/ALTER ： 用于玻璃的 ALTER 失效模型（ 基于 Dr Christian Alter 的研究）
/FAIL/ Cockroft ： 基于 Cockroft -Latham 的非线性应力应变和线性损伤故障
/FAIL/SHAREI ： 用于电芯失效的 SHAREI （均质化技术）模型

…..

/MAT/PLAS_PREDEF

用于前期方案的内置预定义材料

STEEL: 软钢

HSS: 高强度钢

UHSS: 超高强度钢

AA5182: 铝 AA5182

AA6082-T6: 铝 AA6082-T6

PA6GF30: 塑料 PA6GF30

PPT40: 塑料 PP T40

结合 /FAIL/BIQUAD 中相应内置的失效数据可以便捷的定义材料 .

#—1—-|—-2—-|—-3—-|—-4—-|—-5—-|—-6—-|—-7—-|—-8—-|—-9—-|—10—-|

/MAT/PLAS_PREDEF/2

Aluminum AA5182

AA5182

/FAIL/BIQUAD/2

# C1 C2 C3 C4 C5

0 0 0 0 0

# P_thickfail M- Flag S- Flag Inst_start

0 2 0 0

#—1—-|—-2—-|—-3—-|—-4—-|—-5—-|—-6—-|—-7—-|—-8—-|—-9—-|—10—-|

#—1—-|—-2—-|—-3—-|—-4—-|—-5—-|—-6—-|—-7—-|—-8—-|—-9—-|—10—-|

/MAT/PLAS_PREDEF/1

Ultra-high strength steel

UHSS

/FAIL/BIQUAD/1

# C1 C2 C3 C4 C5

0 0 0 0 0

# P_thickfail M- Flag S- Flag Inst_start

0 2 0 0

#—1—-|—-2—-|—-3—-|—-4—-|—-5—-|—-6—-|—-7—-|—-8—-|—-9—-|—10—-|

#—1—-|—-2—-|—-…

/MAT/PLAS_PREDEF/3

Mild steel

STEEL

#—1—-|—-2—-|—-…

挑战 : 分析 B 柱失效 ,

目标网格 : 50 Million 单元 ⇒ 网格大小 = 0.3mm

完整模型

重新网格后

MIT 材料 + FAIL/TAB1

可扩展性研究

2 MPI x 18 OMP x node

2ms ~ 67000 iterations

完整模型运行

384 nodes / 13824 cores

80ms total ; 2,7 millions of iterations

Total elapsed time ~ 24 hours

挡风玻璃失效模型 (/FAIL/ALTER)

与试验结果比对

Alter, Christian, Stefan Kolling , and Jens Schneider. “An enhanced non–local failure criterion for laminated glass under low velocity impact.” International Journal of Impact Engineering 109 (2017): 342-353.

泡沫铝 LAW115

用于泡沫铝的材料的 LAW115 ，

弹塑性材料本构，描述材料的非线性硬化

考虑密度分布的随机性

应用

电动车等的吸能缓冲构件

SPR 建模 TSTOSS 部件测试

材料参数拟合 KS2 试验 (~ 3mm)

能量和失效拟合度很好

(Test data from FOSTA P837 – „Experimentelle Untersuchung und Simulation des Crashverhaltens mechanisch gefügter Verbindungen“ )

quasi- static

dynamic

均质化

电芯失效模型 /FAIL/SAHRAEI

起火风险 – 多物理仿真

MIT Battery Research 2016-2019

Thermal increase prediction

RADIOSS 提供了特殊的 Ply-XFEM 单元 用于模拟复合材料层剥离失效 .

基于 standard Batoz 的壳单元（全积分）

在处理该特定壳单元时添加虚拟节点，在层之间创建具有粘结单元的夹层 =>3D 行为 => 正确预测分层

完全兼容复合材料的 ply & stack 输入

美国汽车材料伙伴 (USAMP)

希望建立最新的显式有限元程序

提供的试样和通用部件级试验数据

在缓冲器 / 破碎罐的雪橇试验发布之前， USAMP 需要先使用有限元仿真预测

Radioss 仿真预测结果非常好

13

轻松获取金属、聚合物和复合材料的 高精度 、完整的材料数据
简洁 的 Web 界面，可直观地浏览、搜索、查看和比较材料数据

材料数据完全 可追溯

建立客户与材料供应商直接联系
可快速轻松地输出为 Altair 和第三方求解器材料卡

基于 Compose 软件数据处理流程

方便 用户 自动化 处理 自有试验数据

标致雪铁龙：

HyperWorks 改进了开发流程

挑战 ：开发一个新的模拟过程，包括精确的构件数据（厚度、残余应变等）

解决方案 :

在产品开发中使用 Inspire/Form 和 Radioss

评估制造工艺对零件成形性的影响

无缝地将加工信息结果导入 Radioss 中进行碰撞模拟

Business Impact:

减少总体开发时间

更好的对标测试结果 => 预测改善 20%

提高产品质量和工艺稳健性

“We are in the position to predict crash results via simulation much better than in the past. Building on this approach will lead to sustainable time savings and better products for our customers.”

– Fabien Beda, Senior Engineer Crash & Fluid Simulations PSA Peugeot Citroën

Different deformation pattens (Reference, Without and With Blankholder ) at 0,008 Sec

Step1

铝合金轮辋的铸造

Step2

将铸造过程中产生的缺陷映射到网格上，作为初始损伤进行碰撞

19

Sorb test

Flow length => Damage

缺陷初始化

驾驶员座椅正碰 35G

挥鞭伤试验（ Whiplash test)

Radioss 在 航空航天领域 应用

座椅与安全

鸟撞

碎片撞击

复材建模

失效风险评估

Radioss 是什么 ? 航空航天领域

碰撞与安全

复材分层

紧急迫降

鸟撞

冰雹撞击

飞机座椅舒适

ALE modeling

应用：

机翼前缘设计

挡风玻璃设计

天线罩设计

目标：

减小飞机损伤

加载：

2 或 4 磅鸟击模型； vi=150 米 / 秒

结果：

多个面板破裂，多次穿透

使用 Radioss 的优势：

SPH- 结果稳健

接触质量高

破裂准则库

SPH ： 拉格朗日粒子

HM 中的生成粒子

Number of Nodes

32 64 128 256 512 1024 2048 Number of cores

自 v12.0 版本以来， Radioss 集成了专门的 SPH 的优化

提高了粒子接触分选的效率和可扩展性

入口 / 出口现在支持多个 MPI 域

应用 ：安全

皮托管的破坏（鸟击、冰雹 …… ）可能会妨碍机组获得有关风速的可靠信息。

建模

通常用实体单元建模

网格大小通常为 0.5->1 mm

SPH 间距必须相同

2 磅的鸟模型（经典尺寸）需要 1000 万粒子

挡风玻璃冲击试验验证鸟的特性

动态模拟支持的挡风玻璃设计修改 .

© Eurocopter

2 磅鸟撞模型：

10500 个粒子

平均尺寸 5mm （直径）

4 磅鸟撞模型 ：

21000 个粒子

平均尺寸 5mm （直径）

鸟的模型：

鸟的几何形状可以调整为任何外形。形状对鸟的机械行为没有影响。

鸟的模型是用于撞击速度为 50~300 米 / 秒碰撞

撞击区域结构的网格必须至少为 5 mm x 5 mm

球形形状

使用具有立方中心面分布的 SPH （平滑粒子流体动力学）建模。
材料 LAW4 与状态方程（流体动力学 Johnson-Cook ）。此建模选项允许在压力和体积应变之间进行非线性关系。
失效使用 Radioss Spalling 模型进行模拟

提供两种型号

RADIOSS_ALTAIR_HAILSTONE_25_4mm_v1.0_R17_S3_0000.rad has a diameter of 25.4 mm

RADIOSS_ALTAIR_HAILSTONE_42_7mm_v1.0_R17_S3_0000.rad has a diameter of 47.2 mm

复合材料在飞机结构中得到了广泛的应用。

飞机机身
机翼蒙皮，
前缘和控制表面，
发动机机舱，
风扇叶片，
……

这些结构受到外部弹丸的冲击，比如冰雹 .

这些使用 ALTAIR/Radioss™️ 已有的经过对标的冰雹有限元模型模拟。

模型

网格： 2D 壳单元

刚体

内风扇叶片、压缩机
HP 涡轮机，车轴
燃烧室，外壳的一部分

可变形部件

外风扇叶片
内壳
外壳的一部分

载荷

发动机在 10ms 内旋转

对 1 个外风扇叶片造成损坏
通过单元删除完成
发动机在 100ms 内旋转

Radioss 模拟结果的分层和宏观行为与实验结果吻合较好

从测试数据中识别的接触行为。

Ilyas, Muhammad and Lachaud , Frédéric and Espinosa, Christine and Salaün , Michel Dynamic delamination of aeronautic structural composites by using cohesive finite elements . (2009) In: 17th International Conference on Composite Materials (ICCM-17), 27-31 July 2009, Edinburgh, Scotland

实验测试配置

分层模式（实验）

分层模式（模拟）

ICAS2002 Congress – ONERA – Radioss 应用

全可变形机体的迫降 :

ALE

SPH

Smart Aircraft in Emergency Situations (SMAES) – Project 2013- 2014

流体域单元网格数量 3 百万

动网格技术大大减少了模型规模，从而达到加速计算的目的

2816 cores

可扩展性

如果使用计算中心或大型计算群集，那么 Radioss 有很好的解决方案

多域

应用与当模型可以分为两个不同的时间步域时。

应用 FSI 模拟符合这一要求，即流体域的时间步长通常高于结构中的时间步长

铝材中的声速 = 6320 m/s

水中声速 = 1500 m/s

时间步长比 H 2 O/Al = 4.2 x

例如 :

假设流体与结构有相同的单元大小 :

Altair Radioss™ 的多域将模型拆分为两个单独的模型 / 作业。

每个大的时间步上进行力和节点位置的同步。

D T 结构时间步长

D T 流体时间步长

D T s

T 0 T 0 + D T f

流体域（从计算的角度来看需要更多计算资源的）以很高的时间步长运行运算。

这样兔子可以大步跑而不用等小碎步的乌龟了 

V=180 km/h

Solution acceleration : ~ 7x

结构模型（可变形） :

最小网格 8 mm

单元个数 : 265000

时间步长 : 2.5E-3 ms

水体模型 :

93- 米长

6 个波纹

3,300,000 SPH 粒子

时间步长 (SPH): 17E-3 ms

D T 时间步长比 ( 流体 / 结构 ): 7.16

SPH 模型 – 水面轰炸机 (ATC 2015)

水 / 空气域 :

最小单元长度 : 80 mm

单元总数 : 625.000

时间步长 : 2.6E-2 ms

D T ( 流体 ): 2.6E-2 ms

D T ( 结构 ): 0.25E-2 ms

D T 比率（流体 / 结构 ): 10.4

Bias applied to fluid mesh

Zodiac Aerospace 使用 Radioss 进行直升机迫降的 FSI 模拟 .

为了加快解决方案的速度，使用了多域方法（ rad2rad ）。获得的解决方案速度比单域计算快 6 到 15 倍。

水深影响 : Nasa Orion 乘员舱水上着陆

分析结果与实验对标

Drop 8 Simulations

模型

直升机地板结构

目的

提高机组人员在失事着陆下的生存能力

载荷

着陆速度 Vi= 3-10 m/s

它是一个完整的软件，用于分析和设计异构材料，包括：复合材料，金属，混凝土，土壤，骨骼，蜂窝等。

MDS/RADIOSS 两种使用方法 :

MDS 输出文件直接用于 Radioss

MDS 直接产生可以用于 Radioss 的 dll 文件

应用：材料设计、断裂、疲劳、冲击、环境退化、碰撞、多物理场、可靠性。

分层能量

使用 Ply- Xfem 壳单元进行仿真

坠撞 : 金属 A321 结构式

各种可能的校准测试

HyperMesh 中的模型设置和开发
Radioss 中的动态分析

9G 跌落测试
16G 跌落测试

使用 OptiStruct 优化座椅骨架

定义方法
减轻重量
满足所有性能和安全要求

GOALS:

STELIA Aerospace

EADS SOGERMA + AEROLIA

飞机结构，乘客和飞行员座椅

目标

减少俯仰和横滚模拟的计算

技术

AMS

Rayleigh Damping

硬件

HWUL Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2670 0 @ 2.60GHz (x86_64), 64 GB RAM

结论

AMS （ 5e-3 ） + DAMP （ + 模型校正）减少了俯仰和滚动相位的计算时间 -60% 在使用 CST 时间步长 .

HIII 50% Deformable

HII Aero Dummy

生物力学人体模型 (HUMOS)

Radioss 在 家电电子行业 应用

摩托车乘员头盔

水瓶

手机

Radioss 是什么 ? 跌落和冲击

背部跌落

角部跌落

只有 RADIOSS 求解器可以实现

跌落，球击等瞬态问题

三点弯，按压等准静态问题

使用 HyperMesh ，以及 Morphing 功能，可以创建原型机模型。并对橡胶垫片尺寸参数进行优化。

确定设计变量

高度变量

粘弹性泡沫材料属性

面积变量

刚度变量

单精度

双精度

Global Time Step

/NODA/CST

RADIOSS 计算效率稍微高，更少的质量增量，是 其他求解器 的 1/10 。

使用双精度计算， RADIOSS 计算效率与 其他求解器 相当，质量增量大概为 其他求解器 结果的 1/3 。

硬件配置：

20 core Genuine Intel(R) CPU @ 2.30GHz (x86_64), 2299 MHz, 64079 MB RAM,

RADIOSS 求解器相比 其他求解器 有着更高的计算精度和计算效率！！！

Phase 1: CAD to FEA

Phase 3: Dynamic Impact FEA

Phase 4: Package Topology Optimization

Phase 5: Package Size & Shape Optimization

Phase 2: Material Testing and Characterization

Tech Transfer

Tech Transfer

Tech Transfer

Tech Transfer

挑战

希望将仿真驱动作为产品开发的一个重要部分

解决方案

通过 HPC 云调用

( OptiStruct , RADIOSS, AcuSolve )

减少物理实验次数并且更深入地理解产品行为

通过仿真使产品测试方法更合理

提高产品性能和耐久性

“The Altair business model is a deal breaker in terms of overall value and ease of implementation. One vendor

means lower integration costs, and Altair’s focus on timely, effective, and responsive customer support is critical.”

Pu Zhou , Senior Mechanical Engineer, Euro-Pro LLC.

使用 Radioss 做空调跌落模拟

挑战

空调产品在上市以前需要完成多次的跌落的仿真实验，目标是空调在所有的跌落工况下不能发生损伤破坏，这就涉及到产品本身的刚度与强度需求， 以及如何的包装材料的设计可以有效地在跌落过程中保护产品的安全

解决方案

RADIOSS 显式动力学分析模拟带包装空调模型的跌落分析

OptiStruct 的优化分析功能可以对钣金件进行形貌优化，与泡沫结构优化等

结论与效益

准确获得跌落模型的损伤情况

优化方法有效地改进模型设计

有效地缩短产品设计周期

Initial Design

Maximum Deformation 20mm

Optimized Design

Maximum Deformation 12mm

Panasonic Eco Solutions

2010 年的首次测试以来，松下公司在产品开发中普遍利用 Altair HyperWorks 进行跌落测试分析。

“RADIOSS 可以轻松对部件之间进行接触定义，其仿真结果也非常可靠， ”Ogata 说， “ 除此之外，新版的 HyperMesh 在建模操作上有了新的改进。

来自韩国 Altair 用户大会论文

Base Shape

Last Manufactured Shape

Optimized Shape

Radioss 在包装行业的应用

将吹塑分析得到厚度分布，映射到顶压 / 跌落 / 挤压分析的模型中，进行下一步分析。

Thickness Mapping Macro

Model Set Up

成型和冷却

压力辅助成型

阳模真空成型

吸塑分析 – Radioss 求解器

Altair Radioss 是领先的结构分析求解器，适用于动态载荷下的高度非线性问题。

它在可扩展性、质量和鲁棒性方面具有高度差异化，并包含多物理场仿真和先进材料的功能。

装满

仿真分析结果

实验结果

运输工况

强度
屈曲
加载路径

材料 :

纸板
塑胶
泡沫
复合

仿真分析结果

实验结果

分析结果与实验吻合度高

挤压分析

内部压力的密封能力

应变分布云图

Input

通过 MotionSolver 多体运动分析，可以得到单个包装的边界条件。将该边界条件赋值到 Radioss 非线性分析求解器中，进行更进一步分析。可以考虑内部流体效应，材料破坏，等更细节问题。

Radioss 在军工的应用

埋藏地雷爆炸

水箱上的终端弹道

空中爆炸

Radioss 是什么 ? 爆炸和流体动力学影响 – 国防应用

应用 :

海军的

航空学
空间
地面目标
人员保护
采矿
油
土木工程

应用 :

示例描述 :

30kg TNT 球形炸药

地下 1,5 米埋藏

地面被认为是理想的刚性
空气域为炸药周围 10 米

模型描述 :

2D 轴对称模型

使用 Law151 多物理材料

5mm 网格

3656650 节点 , 3653146 单元

48 核运行 8 小时 12 分

结论 :

爆炸和反射波的传播如预测。
马赫阵线是两波相遇的地方形成的。

马赫阵线 不是平的

由于使用 LAW151 和网格细化 Richtmyer-Meshkov 不稳定可以观察到 .

对峰值压力 （ 5-10% ） 的微小高估

2. 使用 /STATE/INIMAP2D/FILE 保存信息到文件

3. 使用 /INIMAP2D/FILE 将信息映射到新的模型中

3D 模型 + 车体

2D 轴对称模型

1. 运行 2D 仿真

4. 运行 3D 模型和快速迭代，以改进设计

使于 3 D 网格 & 能量守恒

使用时程分析

冲击波在 3D 网格中变化
FSI 流固耦合方法对目标施加反作用力
的方案

air

TNT

target

/LOAD/PBLAST : 没有冲击波 它以压力的方式直接作用于结构

输入 : 爆炸中心位置和质量的
分析方案

详细建模

简化建模

关于建筑物之间的爆炸的敏感位置研究（在法国和海外）

户外区域的爆炸波传播 => 确定通过建筑物上的压力加载特征。

Courtesy CEDREM

爆炸下的行为

正面

爆炸下的局部分析

Courtesy CEDREM

模拟车辆下的爆炸，并对研究车辆地板形状的影响
评估不同的车体形状和结构配置，以减轻爆炸 / 碎片损坏

空气和炸药使用 ALE 网格

车体结构使用 Lagrangian 网格

车体和空气之间使用流固耦合接触

10 lb 地雷爆炸

DEBEL (Defense Bio-Engineering & Electro Medical Laboratory) 进行设计，开发和评估最先进的生命支持和生物医学系统和设备，满足军队的要求

分析范围 :

RADIOSS 用于高效军用 / 民用防护罩设计的安全分析
混凝土掩体内压力的预测

使用了 RADIOSS HIII50th MLX 假人

Building strength analysis

European Project

Result

Global deformation

Quick box explosion, small wall deformation and wall displacement in the sand.

金属外壳和隔板上位移分布

密闭空间爆炸瞬间压力分布

/DFS/DETCORD

用于定义绳索路径的有序 Grnod_id
沿绳索的以自定义的速度爆炸

DETONATING CORD

/DFS/DETCORD

DETONATING CORD

Wierzbicki failure (MIT)

Steel/Aluminum Shear rupture

钢

铝

聚能装药

ALE 模型使用多物理材料 (/MAT/LAW51) 描述三种不同的材料

Numerical modeling of LSC using Altair Radioss TM – Fougnie Alexandre, ENSTA Bretagne Pyrotechnic Systems – 23/08/2019

Lagrangian

炸药 – Octol 70/30

JWLB 材料本构

SOL2SPH

SPH

每个单元 1 个粒子

封装 – 铜
Johnson-Cook 材料本构

Mie-Grüneisen EOS 状态方程

线性 – 铜
Johnson-Cook 材料本构

Mie-Grüneisen EOS 状态方程

SPH

引爆线

如果
时间步长太小
或
变形太大了

厚度方向 10 个单元

0.2 mm 网格大小

Numerical modeling of LSC using Altair Radioss TM – Fougnie Alexandre, ENSTA Bretagne Pyrotechnic Systems – 23/08/2019

32967 SPH 粒子

0.2 mm 网格

计算时间
19h 14min (32 CPU*)

计算 75 μ s 仿真

/27

*CPU: Intel Xeon® CPU E5-2670, 2,60GHz (x86_64), 2600 MHz, 64454 MB RAM

1BW

1BW

2BW

硬钢子弹冲击下复合装甲的行为。
冲击质量 m=25g ，速度 v=500m/s

盔甲由金属板（钛）上的陶瓷板制成。

网格 : 实体单元 (3D) 和 SPH 粒子

陶瓷使用 hydro-dynamic elasto -plastic 材料模型

钢和钛合金使用 hydro-dynamic elasto -plastic 材料模型

方法 : 显式， Lagrange 和 SPH

下图为弹丸对两层中厚靶板的侵彻过程。弹丸材料为 35CrMnSiNi2A 高强度钢，采用 Johnson-Cook 强度模型。靶板为 921A 船用装甲钢，采用 Johnson-Cook 强度模型和失效模型。

弹靶之间采用通用接触（ Type 7 ）。

弹丸初速为 1020m/s （ 3 马赫）。

正侵彻

斜侵彻

挑战

目的是确定触发爆炸的最小压力（ Murat 分类测试）

解决方案

网格 : 实体单元 (3D)

爆炸物 : Lee-Tarver 材料模型

金属 : hydro-dynamic elasto -plastic 材料模型

方法：显式 , 流固耦合 (ALE)

结果 :

确定触发爆炸的最小压力
爆炸现象分析

发射体

套管

爆炸物

手雷破片是典型的半预制破片；

复杂的几何特征基于 HyperMesh 进行高效、高质量网格划分；

基于 Radioss 求解器分析破片场状态

HyperMesh

爆轰波

挑战

炸药放进一个盒子里，一个金属板固定在盒子上。爆炸造成板的变形

解决方案

网格 : 实体单元，壳体单元

材料 : 空气，金属

方法 : 显式，流固耦合 (ALE), JWL

结果 :

模拟 / 测试相关性 (3%): 板块的残余变形、压力、形状和能量

Matra -Defense

挑战

所有武器构件都使用 Lagrangian

枪的内部使用 ALE 实体网格
粉末炸药使用 ALE

解决方案 :

显式 , Lagrange, CEL 接触

结果 :

气体的速度和压力
弹丸的速度
枪中的振动和应力

当量法等效发射药

采用流固耦合分析

直接施加膛压曲线

滑膛炮模拟

线膛炮模拟

枪的内部弹道
Mr. Konstantin Arhiptsov , IWI

Mr. Eitan Maler, IWI

ATCx 2018 Israel

使用纯流体动力学行为进行仿真

1350 bar

刚性枪管

空气 : 1 bar

无反射边界

COMPUTATION :

173 k 单元

2d axi

网格大小 0,225 mm

LAW151

MUSCL (2 nd order precision => additional CPU cost)

计算时间 : 50 min (laptop Intel core i7 6820HQ)

16 cm

超音速流

纹影

WARHEADS

水下爆炸

炸药

水

空气

压力

等密度

理论气泡最大直径 .

~7m

LAW 151

近场水下爆炸 :

船体周围水体使用 ALE 网格

水体的 边界条件使用 LAW11 设定

水体使用 LAW6 描述流体动力粘性

JWL (5) 用于描述炸药

船体使用 Lagrangian 建模

弹塑性或者流体动力结合材料模型用于船体

使用流固耦合接触 TYPE 9 描述水体和船体见的接触

如果爆炸非常接近船体，则需要计算气泡效应。

炸药

爆炸应用

高速压力波会影响水下结构。此分析的目标是检查冲击波 ( 包括爆炸的气泡振荡崩塌 ) 对结构的影响，。

网格 :

– 8 节点实体单元 (3D)

– 4 节点薄壳单元

材料 :

– 流体
– 金属

方法 :

– 显式 (high speed)

– 流固耦合 (ALE)

Pressure wave

Velocity field

结果
圆顶顶部变形的仿真和测试高度吻合

潜水艇碰撞

Radioss 在重工的应用

Inspire

拓扑优化

结构重构

概念设计阶段

HyperWorks

模型快速搭建

Radioss +HST

连续工况分析优化

结构设计优化阶段

验证阶段

Radioss

连续工况分析实验对标

行业痛点：

单次工况仿真分析，无法累计损伤。与实验对标有差距。

解决方案：

通过 Radioss 独有重新启动功能，结合动能释放和 Sensor 逻辑控制方法，实现连续工况累计损伤分析。

Pretension applied from 0 – 0.05 then held

施加螺栓预紧截面

通过力或应力进行预紧

预紧力大小，可参数化定义

预紧结束时间

挑战

开发高速列车能量吸收系统的新概念，以满足新的欧洲安全要求

解决方案

用于碰撞模拟的 Altair Radioss： 测试模拟结果的校准

Altair Hyperstudy ： 优化性能的设计变体

模拟各种冲击场景： AGV 与 AGV ， AGV 与货车， AGV 与可变形障碍物

结果

AGV 符合新法规

列车前部的整个能量吸收

Force vs. time during impact

Challenge

Develop a new safety system to protect rail engineers in the event of a crash.

Solution

Designed, tested, correlated and prototyped a new Engineer Protection System (EPS). Protection systems includes a control panel mounted airbag and deformable knee bolster to minimize injury to the engineer’s legs, neck, chest and head.

Result

All performance targets met

Minimal cost and weight added to the rail car

System does not hinder exiting the cab

“ The combination of Altair ProductDesign’s expertise and the HyperWorks software suite were essential to our success in meeting 100% of our performance criteria in just two tests.”

Anand Prabhakaran , Vice President, Sharma & Associates

实验与建模

假人运动分析

正面减速荷载工况

HIII 50% Express HIII 50% Deformable. Human model Humos

假人运动分析

正面减速荷载工况

工作台位置 : HIII 50% Express versus Humos 2

腹部易碎

撞击后的底盘

使用 Radioss 进行仿真

正面结构冲击 – 挤压区

Radioss 仿真结果

Frontal crash absorber

Radioss 在医疗体育的应用

挑战

材料的选择和减震器的位置，以提高鞋的舒适性

解决 方案

Radioss 进行显式分析仿真踏步行为

配合 下肢模型 真实还原受力情况

选用非线性的材料模型 ( 橡胶，织物 )

结果

标准：测量脚部的不同重要角度，以评估鞋的舒适性

评估不同的橡胶 / 标准

最佳解决方案的选择

运动鞋设计

材料模型

多层织物材料鞋面（复合材料，各向异性）

鞋垫，鞋底材料（超弹性）

踏步工况

初始状态 （鞋面对脚部的绷紧）

起步动作顺序

脚模型

刚体

柔性脚

缝合过程

起步过程

足球鞋的 优化目标 :

最小胫骨轴振动 •

跟骨和胫骨的最小峰值应力

最大弹性回弹

Michel BEHR

michel.behr@ifsttar.fr

下肢安全模型

鞋底组件的优化

配合 详细下肢 才能查看

骨骼， 韧带的受力情况

鞋 / 鞋垫结构的数值优化

有限元模型的开发与验证

定制、装配、

接触和边界条件

有限元数学模型实例

符合运动员特征的模型（几何和机械）

-》 初始应力定义、脚 / 鞋相互作用、接触类型

鞋 / 鞋垫结构的数值优化

运动鞋设计 – 压力分布优化（吸能效果）

材料分类优化

对个人舒适性的评估

每次迭代时，鞋底楔形部件都是最佳的优化部件

目标

降低振动

减震（应力限制）

能量恢复

优化前

优化后

最佳减震保护

关节保护：楔块吸收振动

KNEEMAX® 提供卓越的保护 :

韧带受伤前放松的滑雪固定器
限制韧带伸长
提高滑雪固定器的效率
胫骨动量降低
减少骨头遭受病变

仿真驱动设计由 Altair ProductDesign , 使用 Altair Radioss™️ 求解器 & 来自马赛应用生物力学实验室的 LLMS 腿部模型 (LBA)

配合详细假人下肢设计

事故分析

控制

多体模型

挑战

自行车横杆的失效分析

解决 方案

用于 Radioss 显式分析
采用 Radioss 中失效裂模型材料定律

结果

应力集中
失效预测
框架设计的改进

挑战

高速运动下运动员的伤害

解决 方案

用于 Radioss 显式分析
采用 Radioss 中失效裂模型材料本构

模拟赛道上的碰撞场景

结果

假人的伤害阈值

评估和优化车辆碰撞和安全性

冲击以及高速冲击下的产品性能
框架设计的改进

挑战

压板的耐撞性

解决 方案

用于 Radioss 显式分析
采用 Radioss 中失效裂模型材料本构

结果

优化复合材料铺层设计

东京工业大学

球道木杆 的冲击行为 ，  更好的设计  从球道或 粗草区 的更长、更可控的飞行。
研究球道木材、球和球道之间的三向冲击现象  球的飞行条件测量，如 飞行角度、旋转速率和初始速度 。
对高尔夫杆 / 球进行和测量的物理实验与模拟结果进行了比较。良好的相关性。
CAE  球道木杆 的设计参数改进 （最佳参数）

Radioss 结果显示球的发射特性以及头部的应力 .

通过分析得到船的整体结构模型对其与水的碰撞的响应，获得了关于船体、甲板和内部的复合结构在动态条件下如何反应的重要信息。

工程师们还评估了在荷载作用下浸入水中的部件的形状，同时考虑了复合材料和连接结构的正交异性弹性特性。

使用拓扑优化应用于许多金属部件，以充分利用增材制造提供的设计灵活性。

优化产生了在最大刚度下具有最佳材料分布的有机结构。

HyperMesh ® 建模

OptiStruct ® 结构和优化

RADIOSS ® 非线性大变形计算

典型的 FSI 建模
边界域连接到 L agrangian 组件

右心室

人造心脏

流固耦合 FSI

SMT 是印度领先的微创冠状动脉支架系统的开发商和制造商，拥有业内最广泛的产品组合之一。

Radioss 用于建模冠状动脉支架设计与开发分析
已在使用 Radioss 用于非合金支架设计

探索形状记忆合金 (Nitinol) -> RADIOSS 中有新的材料模型

/MAT/LAW71 适用于壳体和实体单元

MicroPort 是中国最大的支架制造商，在欧洲和美国占有重要的市场份额。

从 Abaqus 迁移到 Radioss

AMS+ 动态放松效果良好

与 ABAQUS 的结果几乎相同（没有实验数据可用）。

最快的解决方案（ CPU 时间）：更好的可扩展性

Medtronic 公司

降低支架上应力 71%

Altair 参与 Medtronic 公司关于新型支架的开发，通过结合优化设计改进支架性能

刚度 124%

应力 71%

是印度领先的微创冠状动脉支架系统开发商和制造商，拥有业内最广泛的产品组合之一。

Radioss 用于冠状动脉支架设计与开发模型分析

Radioss 用于非合金支架设计中

Radioss 有记忆合金（ nitinol ）新材料模型 LAW71 型，可用于实体和壳体单元

伪弹性应力应变关系

Jonas Widmer ​ Balgrist ​ 生物力学研究医学院

在这项研究中，建立了一个简单的有限元模型模拟螺钉从一个仪器椎体拔出。通过 Altair Radioss 的显示分析，模拟结果与生物力学测试结果一致。

纤维方向

Multiscale Designer

复材均质化

考虑材料各向异性的非线性仿真模型

InspireMold

MD

RADIOSS + InspireMold + MMMD

a ltair /R adioss ™️ 加速计算解决方案

可扩展性方面的领先代码

Hybrid MPI + OpenMP

效率证明高达数千个内核
针对 Intel Xeon, AMD EPYC and ARM 处理器进行了优化

并行计算稳健性的保障

双精度可实现碰撞与安全和 FSI 流固耦合计算的最大精度，扩展的单精度可用于额外的性能提升

福特 Taurus; 1 千万 单元

加速高达 3500 个内核

自动域分解

*HC44rs: Microsoft Azure instances based on Intel Xeon 8168 with 44 cores per instance

大规模的 ALE 模型的验证

1 百万 & 一千五百万 ALE 单元

NIAR 迫降工况

Magna Steyr 的侧碰

完整模型带假人和安全气囊 : 1.5 Melts

运行在 16, 32, 48 & 64 核

加速度 测试编号 .:8091017 (Rocker Lower Left)

完美的可重复性与内核数量无关

Parith 选项 => 完全可扩展性

时间步长较高而加速

相同时间步长用于细网格而获得加速

增加时间步长
减少循环次数

由于 ” 近似方法 ” 导致每个周期的成本

AMS 选择选项 :

完整模型或指定部件
根据时间步长自动选择需要使用 AMS 处理的单元 .

子建模方法

是

否

结束流程

运行一次完整模型（带截面 section ）

运行子模型

更新子模型

继续使用子模型
执行所有设计迭代

验证最终设计
与完整模型

子模型响应
匹配完整模型响应
（校准）

在较小的模型上更快地迭代
-》 节省时间

2015 Ford C-Max Energ y Plug-in Hybrid Vehicle

Image courtesy of Ford Motor Company. All rights reserved.

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a ltair /R adioss ™️ Dynareader 转换功能

直接读取 LS-DYNA 模型自动转换后可以在 Radioss 中计算

此功能专注于汽车应用方面有 3 年开发工作累积
在 Radioss 2022 版本中，已经成熟的支持常见的输入选项

许多公开 Ls-Dyna 车辆示例模型（ Taurus, Neon, Yaris, Camry ）今天可以在 Radioss 中直接运行，而无需更改任何输入

支持的 Ls-Dyna 的关键字和参数的列表可以在 Radioss 帮助文档中找到

将要支持的功能

支持的 LS-DYNA 关键字持续增加
Radioss 中新功能更易于读取 (Materials, Rigid Body Merge, Seatbelts, SETs…)

可能支持 LS-DYNA 和 Radioss 的混合模型读取

WARNING ID : 1084

** WARNING IN MATERIAL LAW1

DESCRIPTION :

NUMBER OF INTEGRATION POINT IS HIGHER THAN 1

-> FORMULATION IS SWITCHED TO GLOBAL INTEGRATION N=0

CONCERNING 2 PROPERTY/MATERIAL COUPLE

————————————–

— PROPERTY ID: 1

— PROPERTY TITLE: SECTION_SHELL_1

mapped from:

*SECTION_SHELL ID: 1

*SECTION_SHELL Title: SECTION_SHELL_1

——————-

— MATERIAL ID: 2

— MATERIAL TITLE: rigid fixed

mapped from:

*MAT_RIGID_TITLE ID: 2

*MAT_RIGID_TITLE Title: rigid fixed

——————-

Radioss 功能

相应的 LS-DYNA 功能

Radioss Starter 警告和错误提示信息

对于尚不支持的功能显示错误提示
功能和相应的 Ls-Dyna 功能会在警告信息中提示（便于用户修改模型）

Openradioss 开源

Altair Radioss 2023

商业版
包括 :

QA

验证
计算性能优化

加密功能
版本稳定

专业的 Altair 支持

Altair Radioss 2024

商业版
包括 :

QA

验证
计算性能优化

加密功能
版本稳定

专业的 Altair 支持

OpenRadioss

开源版本
对开源社区和业界的贡献
（代码和 / 或模型）

自 2022 年 9 月 8 日

OpenRadioss

用户贡献新开发功能

OpenRadioss

免费使用 OpenRadioss
用于模型构建，
开发和研究

OpenRadioss

用户持续贡献新开发功能

OpenRadioss

Altair Radioss

Altair® Radioss® 开源背景

专有的碰撞代码开发越来越难以跟上行业的快速转型迭代。

我们的愿景

加速 科研界的 创新 – 整合行业验证的代码而带来的巨大好处

最大限度地发挥 前沿研究与行业前沿之间的直接协同作用

建立一个高度参与的 开源社区 ，涉及研究人员、软件开发人员、工程师和教育工作者

促进 知识和模型交流 ，促进先进碰撞安全和生物医学模型的开发

为了今后更好的推进 FEA 技术并实现 软件平台现代化

OpenRadioss 是可公开访问的 Radioss 源代码，可以查看、修改和增强
由来自致力于创意创新的行业和教育机构的成员组成的活跃 社区

召开用户组会议，分享研究进展和最佳实践
由深思熟虑的领导者组成的指导委员会来影响代码方向，以应对当今行业面临的巨大挑战

www.openradioss.org

Altair deeply committed to investing in Radioss

Provide commercial releases (under dual licenses)

Manage release quality, prioritize industry needs

Channel valuable community contributions into release, with full QA

From EURONCAP webside

Altair 任然持续的开发 Radioss

提高商业版本

管理发布 产品的 质量，优先考虑行业需求

将有价值的社区贡献 纳入产品 发布，并提供完整的 QA 校验

期待创新解决方案的挑战

电池包建模
轻质材料、铝合金、复合材料

生物力学，生物材料，免费人体模型和碰撞安全工具
高级数值方法

HPC 、多核 CPU 可扩展性、高速计算
AI/ML, ROM

DevOps, CI/CD, API, Cloud

与第三方软件的协同仿真和互操作性

已经得到很多第三方（研究机构，客户和开发团队）的热烈反响和合作