彈性力學仿真軟件：SimScale：SimScale在航空航天領域的彈性力學應用1彈性力學仿真軟件：SimScale1.11SimScale軟件概述SimScale是一款基于云的工程仿真軟件，它提供了廣泛的仿真工具，包括流體動力學、熱力學、結構力學等，適用于各種工程領域，如航空航天、汽車、建筑等。SimScale的核心優勢在于其易于使用、高度可定制的界面，以及強大的計算能力，允許用戶在任何設備上進行復雜的仿真分析，無需安裝任何軟件。在SimScale中，用戶可以通過上傳CAD模型，定義材料屬性，設置邊界條件，選擇求解器，以及運行仿真來模擬真實世界的現象。SimScale支持多種求解器，包括線性和非線性靜態分析、模態分析、瞬態動力學分析等，這些求解器基于先進的有限元分析（FEA）技術，能夠精確地預測結構在不同載荷下的行為。1.1.1特點基于云的平臺：用戶無需本地高性能計算資源，即可進行復雜的仿真分析。廣泛的仿真工具：涵蓋流體動力學、熱力學、結構力學等多個領域。易于使用：提供直觀的用戶界面，簡化了仿真設置過程。高度可定制：用戶可以根據具體需求調整仿真參數和設置。協作功能：支持團隊成員之間的項目共享和協作，便于項目管理和交流。1.22彈性力學在航空航天工程中的重要性彈性力學是研究物體在外力作用下變形和應力分布的學科，對于航空航天工程而言，其重要性不言而喻。飛機、火箭、衛星等航空航天器在飛行過程中會遇到各種載荷，如氣動載荷、重力載荷、溫度載荷等，這些載荷會導致結構變形，產生應力和應變。通過彈性力學仿真，工程師可以預測這些載荷對結構的影響，確保設計的安全性和可靠性。1.2.1應用場景結構強度分析：評估飛機機翼、機身、起落架等部件在飛行載荷下的強度，確保不會發生結構失效。振動分析：分析發動機振動、飛行過程中的氣動彈性效應，預測結構的振動特性，避免共振。熱應力分析：考慮溫度變化對材料性能的影響，分析熱應力，確保在極端溫度條件下結構的穩定性。優化設計：通過仿真結果，優化結構設計，減少重量，提高效率，同時保持結構的強度和穩定性。1.2.2示例：結構強度分析假設我們正在設計一款新型飛機的機翼，需要評估其在飛行載荷下的強度。我們將使用SimScale進行線性靜態分析，以預測機翼的變形和應力分布。步驟上傳CAD模型：將機翼的CAD模型上傳到SimScale平臺。定義材料屬性：設置機翼材料的彈性模量、泊松比等屬性。設置邊界條件：定義機翼的固定點和施加的載荷，如氣動載荷、重力載荷。選擇求解器：選擇線性靜態分析求解器。運行仿真：設置網格參數，運行仿真分析。分析結果：查看機翼的變形圖和應力分布圖，評估其強度。數據樣例材料屬性：鋁合金，彈性模量=70GPa，泊松比=0.33。載荷：氣動載荷=1000N/m^2，重力載荷=9.81m/s^2。代碼示例SimScale的仿真設置主要通過其圖形界面完成，但也可以使用PythonAPI進行更高級的定制。以下是一個使用PythonAPI設置機翼線性靜態分析的示例代碼：#導入SimScaleAPI庫

fromsimscale_sdkimport*

#創建項目

project=Project(name="AircraftWingStaticAnalysis")

#定義材料

material=Material(name="Aluminum",material_model="isotropic",density=2700,youngs_modulus=70e9,poisson_ratio=0.33)

#定義載荷

load=Force(name="AerodynamicLoad",value=Vector3D(x=0,y=1000,z=0))

#定義邊界條件

boundary_conditions=[

FixedValue(name="Clamped",type="displacement",value=Vector3D(x=0,y=0,z=0)),

load

]

#創建仿真運行

simulation=StaticAnalysis(name="WingStaticAnalysis",material=material,boundary_conditions=boundary_conditions)

#運行仿真

project.add_simulation(simulation)

project.run()1.2.3解釋上述代碼示例展示了如何使用SimScale的PythonAPI創建一個項目，定義材料屬性，設置邊界條件，包括固定點和氣動載荷，然后創建并運行一個線性靜態分析仿真。通過這種方式，可以自動化仿真設置過程，提高效率，同時允許更精細的控制和定制。通過SimScale的彈性力學仿真，航空航天工程師能夠更準確地預測和評估結構在復雜載荷下的行為，從而設計出更安全、更高效的航空航天器。2SimScale基礎設置2.1創建SimScale項目在開始使用SimScale進行彈性力學仿真之前，首先需要創建一個項目。這一步驟是所有仿真工作的起點，它涉及到項目的基本信息設置，以及后續將要進行的仿真類型的選擇。2.1.1步驟1：登錄SimScale平臺訪問SimScale官方網站并登錄您的賬戶。2.1.2步驟2：創建新項目在主界面中，點擊“創建新項目”按鈕。輸入項目名稱，例如：“航空航天彈性分析”。選擇項目類型，對于彈性力學分析，通常選擇“結構力學”或“線性靜態分析”。2.1.3步驟3：項目描述在項目描述中，簡要說明項目的目的和預期分析的范圍。這一步雖然不是必須的，但有助于團隊成員理解項目背景。2.1.4步驟4：保存項目點擊“保存”按鈕，完成項目創建。2.2導入幾何模型和網格劃分2.2.1導入幾何模型在SimScale中，可以導入多種格式的幾何模型，包括.STL、.STEP、.IGES等。選擇“幾何模型”選項卡，點擊“上傳”按鈕，選擇本地計算機上的幾何文件進行上傳。2.2.2網格劃分網格劃分是仿真分析中至關重要的一步，它將幾何模型離散化，以便進行數值計算。在SimScale中，選擇“網格”選項卡，使用內置的網格生成器進行網格劃分。可以設置網格的全局細化級別，以及特定區域的局部細化，以提高計算精度。2.2.3示例：網格劃分設置#假設使用PythonAPI進行網格劃分設置

importsimscale_sdk

#創建API實例

api_instance=simscale_sdk.GeometryOperationsApi()

#定義網格劃分參數

mesh_operation=simscale_sdk.MeshOperation(

name="AerospaceMesh",

type="MESHING",

parameters=simscale_sdk.MeshingParameters(

global_refinement_level=3,

local_refinements=[

simscale_sdk.LocalRefinement(

region="Wing",

refinement_level=5

),

simscale_sdk.LocalRefinement(

region="Engine",

refinement_level=4

)

]

)

)

#執行網格劃分

response=api_instance.create_mesh_operation(project_id,mesh_operation)在上述代碼示例中，我們使用了SimScale的PythonSDK來設置網格劃分。global_refinement_level參數設為3，表示整個模型的網格將被細化到第三級。local_refinements列表中，我們定義了兩個局部細化區域：“Wing”和“Engine”，它們的細化級別分別為5和4，這意味著這些區域將有更細的網格，以提高分析的準確性。2.2.4網格質量檢查在網格生成后，SimScale提供了網格質量檢查工具，確保網格適合進行彈性力學分析。檢查網格的大小、形狀和分布，確保沒有過小或過大、扭曲的單元。通過以上步驟，您可以在SimScale中創建項目并導入幾何模型，同時進行網格劃分，為后續的彈性力學分析做好準備。網格的正確設置對于獲得準確的仿真結果至關重要，因此在進行仿真前，務必仔細檢查網格質量。3材料屬性與邊界條件3.1定義材料屬性在進行彈性力學仿真時，準確定義材料屬性至關重要。SimScale平臺提供了豐富的材料庫，同時也允許用戶自定義材料屬性。材料屬性主要包括彈性模量、泊松比、密度等，這些參數直接影響結構的變形和應力分布。3.1.1彈性模量彈性模量（Young’sModulus）是材料在彈性（初期）階段應力與應變的比值，對于金屬材料，其值通常在幾百到幾萬兆帕之間。3.1.2泊松比泊松比（Poisson’sRatio）是材料橫向應變與縱向應變絕對值的比值，反映了材料在受力時橫向收縮的程度。3.1.3密度密度（Density）是材料單位體積的質量，對于航空航天材料，輕量化是關鍵，因此密度是一個重要參數。3.1.4示例：定義鋁合金材料屬性#定義鋁合金材料屬性

material_properties={

"name":"AluminumAlloy",

"elastic_modulus":70e9,#彈性模量，單位：帕斯卡

"poisson_ratio":0.33,#泊松比

"density":2700#密度，單位：千克/立方米

}3.2設置邊界條件和載荷邊界條件和載荷的設置是仿真分析中不可或缺的步驟，它們定義了結構的約束和外部作用力，直接影響仿真結果的準確性和可靠性。3.2.1邊界條件邊界條件包括固定約束、滑動約束、旋轉約束等，用于模擬結構在實際應用中的固定點或自由度限制。3.2.2載荷載荷可以是力、壓力、溫度變化等，用于模擬結構受到的外部作用。在航空航天領域，常見的載荷包括氣動載荷、重力載荷等。3.2.3示例：設置固定約束和氣動載荷#設置固定約束

boundary_conditions={

"fixed_support":{

"type":"fixed",

"faces":["face_1","face_2"]#指定固定約束的面

}

}

#設置氣動載荷

loads={

"aerodynamic_load":{

"type":"pressure",

"value":-1000,#氣動壓力值，單位：帕斯卡，負值表示壓力方向與面法線方向相反

"faces":["face_3","face_4"]#指定載荷作用的面

}

}3.2.4示例：SimScale中設置重力載荷#設置重力載荷

gravity_load={

"type":"gravity",

"value":[0,0,-9.81]#重力加速度，單位：米/秒^2，方向為z軸負方向

}

loads["gravity"]=gravity_load3.2.5示例：SimScale中設置溫度變化載荷#設置溫度變化載荷

temperature_load={

"type":"temperature",

"value":50,#溫度變化值，單位：攝氏度

"faces":["face_5"]#指定載荷作用的面

}

loads["temperature_change"]=temperature_load3.2.6示例：SimScale中設置滑動約束#設置滑動約束

sliding_support={

"type":"sliding",

"faces":["face_6"]#指定滑動約束的面

}

boundary_conditions["sliding"]=sliding_support3.2.7示例：SimScale中設置旋轉約束#設置旋轉約束

rotational_support={

"type":"rotational",

"axis":"z",#指定旋轉軸

"faces":["face_7"]#指定旋轉約束的面

}

boundary_conditions["rotational"]=rotational_support以上示例展示了如何在SimScale中定義材料屬性和設置邊界條件與載荷，通過這些設置，可以進行精確的彈性力學仿真分析，特別是在航空航天領域的應用中，能夠模擬飛機在不同飛行條件下的結構響應，為設計和優化提供重要依據。4航空航天案例分析4.1飛機機翼的結構分析在航空航天工程中，飛機機翼的結構分析是確保飛行安全和效率的關鍵步驟。SimScale作為一款先進的彈性力學仿真軟件，提供了強大的工具來模擬和分析機翼在各種載荷條件下的行為。以下是一個使用SimScale進行飛機機翼結構分析的示例流程：4.1.1準備幾何模型首先，需要在CAD軟件中創建飛機機翼的幾何模型。確保模型的精度和細節，以便準確反映實際結構。4.1.2導入模型至SimScale將CAD模型導出為STL或STEP格式，然后在SimScale平臺上上傳。使用SimScale的幾何處理工具，可以對模型進行必要的修復和簡化。4.1.3定義材料屬性在SimScale中，選擇合適的材料模型，如線彈性材料模型，并輸入材料的彈性模量和泊松比等參數。例如，對于鋁合金機翼，彈性模量約為70GPa，泊松比約為0.33。4.1.4應用邊界條件設置邊界條件，包括固定點和載荷。例如，機翼根部可以設置為固定，而機翼上表面可以施加氣動載荷。在SimScale中，可以通過選擇表面或體來應用這些條件。4.1.5網格劃分使用SimScale的網格生成工具，根據模型的復雜性和分析需求，生成高質量的網格。網格的精細程度直接影響到分析結果的準確性。4.1.6運行仿真設置求解器參數，如求解方法和收斂準則，然后運行仿真。SimScale提供了多種求解器選項，包括直接求解器和迭代求解器。4.1.7分析結果仿真完成后，可以查看機翼的位移、應力和應變分布。SimScale提供了豐富的后處理工具，如云圖、等值線和路徑圖，幫助分析機翼的結構性能。4.2火箭發射結構的應力分析火箭發射時，結構承受極端的應力和應變，這對設計和材料選擇提出了嚴格要求。SimScale的彈性力學仿真功能可以模擬這些條件，幫助工程師優化設計。4.2.1幾何模型準備創建火箭發射結構的幾何模型，包括火箭主體、支撐結構和發射臺。模型應包括所有關鍵的結構細節。4.2.2導入模型將模型以STL或STEP格式上傳至SimScale平臺。使用SimScale的幾何處理工具進行必要的模型修復和簡化。4.2.3材料屬性定義選擇適合的材料模型，如復合材料或高強度鋼，并輸入相應的材料屬性。例如，高強度鋼的彈性模量約為200GPa，泊松比約為0.3。4.2.4應用邊界條件和載荷設置邊界條件，如發射臺的固定，以及火箭發射時的載荷，包括推力和氣動載荷。在SimScale中，可以通過選擇特定的表面或體來應用這些條件。4.2.5網格生成使用SimScale的網格生成工具，根據模型的復雜性和分析需求，生成高質量的網格。對于火箭發射結構，可能需要在高應力區域使用更細的網格。4.2.6運行仿真設置求解器參數，如求解方法和收斂準則，然后運行仿真。SimScale提供了多種求解器選項，可以根據具體需求選擇。4.2.7結果分析仿真完成后，分析火箭發射結構的應力分布，確保所有部分都在安全的應力范圍內。SimScale的后處理工具可以幫助可視化和分析結果。4.2.8示例代碼雖然SimScale主要通過圖形界面操作，但其API允許用戶通過編程接口控制仿真流程。以下是一個使用Python通過SimScaleAPI設置邊界條件的示例：#導入SimScaleAPI庫

fromsimscale_sdkimport*

#創建項目

project=Project(name="RocketStressAnalysis")

#創建幾何模型

geometry=GeometryImport(name="RocketGeometry",file_path="path/to/rocket.stl")

#定義材料

material=Material(name="HighStrengthSteel",material_model="isotropic",properties={"E":200e9,"nu":0.3})

#設置邊界條件

boundary_condition=FixedValue(name="LaunchPadFix",entity="LaunchPadSurface",value=0)

#創建仿真

simulation=StaticMechanical(name="RocketSimulation",geometry=geometry,material=material,boundary_conditions=[boundary_condition])

#運行仿真

simulation.run()

#分析結果

results=simulation.get_results()請注意，上述代碼僅為示例，實際使用時需要根據SimScaleAPI的最新文檔進行調整，并確保正確設置了API的認證和連接信息。通過SimScale的彈性力學仿真，航空航天工程師可以深入理解飛機機翼和火箭發射結構在實際載荷下的行為，從而優化設計，提高飛行器的安全性和性能。5仿真運行與結果解釋5.1運行仿真模擬在進行航空航天領域的彈性力學仿真時，SimScale平臺提供了直觀且強大的工具，使用戶能夠設置并運行復雜的仿真模擬。以下步驟概述了如何在SimScale上設置并運行一個彈性力學仿真：選擇仿真類型：首先，登錄到SimScale平臺，選擇“創建仿真”選項。在彈出的菜單中，選擇“結構力學”下的“線性靜態分析”或“非線性靜態分析”，這取決于你的研究需求。上傳幾何模型：將你的CAD模型上傳到SimScale。支持多種格式，包括.STL，.STEP，.IGES等。確保模型是封閉且無錯誤的，以避免仿真過程中的問題。網格劃分：SimScale的自動網格生成工具可以為你的模型創建高質量的網格。你也可以手動調整網格設置，以適應特定的精度需求。網格質量直接影響仿真結果的準確性。定義材料屬性：在“材料”選項卡中，選擇或定義你的材料屬性。對于航空航天應用，常見的材料包括鋁合金、鈦合金和復合材料。輸入材料的彈性模量、泊松比等參數。設置邊界條件：在“邊界條件”選項卡中，定義你的模型所受的力和約束。例如，可以設置固定約束、壓力載荷或位移邊界條件。這些條件應反映實際的物理場景。運行仿真：設置完成后，點擊“運行”按鈕開始仿真。SimScale使用高性能計算資源，可以快速處理復雜模型。仿真進度可以在“運行”選項卡中查看。5.1.1示例：運行線性靜態分析假設我們有一個簡單的航空航天零件，需要進行線性靜態分析，以評估在特定載荷下的應力分布。以下是一個使用SimScaleAPI進行仿真設置的Python代碼示例：importsimscale_sdk

#創建SimScaleAPI實例

api_client=simscale_sdk.ApiClient()

#定義仿真項目

project=simscale_sdk.Project(name="AerospacePartStaticAnalysis")

#上傳幾何模型

geometry=simscale_sdk.GeometryImportRequest(

name="AerospacePart",

file=simscale_sdk.File(

name="AerospacePart.stl",

path="path/to/your/file/AerospacePart.stl"

)

)

#設置材料屬性

material=simscale_sdk.Material(

name="Aluminum",

density=2700,

youngs_modulus=70000,

poisson_ratio=0.33

)

#定義邊界條件

boundary_condition=simscale_sdk.BoundaryCondition(

name="Load",

type="FORCE",

force=simscale_sdk.Force(

value="1000[N]",

direction=[0,0,-1]

),

reference_area="1[m^2]"

)

#創建仿真配置

simulation=simscale_sdk.Simulation(

name="StaticAnalysis",

type="LINEAR_STATIC",

geometry=geometry,

material=material,

boundary_conditions=[boundary_condition]

)

#發送仿真請求

response=api_client.simulations_api.create_simulation(project.id,simulation)

#運行仿真

run=simscale_sdk.RunRequest(

name="RunStaticAnalysis",

simulation=response.id

)

api_client.runs_api.create_run(project.id,run)這段代碼首先創建了一個SimScale項目，然后上傳了CAD模型。接著，定義了材料屬性和邊界條件，最后創建并運行了線性靜態分析仿真。在實際應用中，你需要替換path/to/your/file/AerospacePart.stl為你的文件路徑，并根據具體需求調整材料和邊界條件的參數。5.2結果可視化與數據分析SimScale提供了豐富的結果可視化和數據分析工具，幫助用戶理解和解釋仿真結果。以下是一些關鍵功能：結果可視化：在“結果”選項卡中，你可以查看仿真結果的3D可視化。這包括應力、位移、應變等物理量的分布。通過調整顏色圖和等值線，可以更清晰地看到關鍵區域的細節。數據分析：SimScale允許你導出仿真結果數據，進行進一步的分析。例如，可以使用Python的pandas庫來處理和分析導出的數據，識別結構中的熱點或潛在的失效點。后處理工具：SimScale的后處理工具包括路徑分析、截面分析和結果探針。這些工具可以幫助你深入研究特定區域的物理量變化。5.2.1示例：使用Python進行結果數據分析假設你已經運行了一個仿真，并導出了結果數據。以下是一個使用Python和pandas庫進行數據分析的示例：importpandasaspd

#讀取仿真結果數據

data=pd.read_csv('path/to/your/file/simulation_results.csv')

#數據清洗和預處理

data=data.dropna()#刪除缺失值

data['Stress']=data['Stress'].str.replace('[MPa]','').astype(float)#清理并轉換應力數據

#數據分析

mean_stress=data['Stress'].mean()#計算平均應力

max_stress=data['Stress'].max()#計算最大應力

critical_areas=data[data['Stress']>max_stress*0.8]#找到應力超過最大值80%的區域

#輸出分析結果

print(f"平均應力:{mean_stress}MPa")

print(f"最大應力:{max_stress}MPa")

print("關鍵區域:")

print(critical_areas)這段代碼首先讀取了仿真結果數據，然后進行了數據清洗和預處理，包括刪除缺失值和轉換應力數據的單位。接著，計算了平均應力和最大應力，并識別了應力超過最大值80%的區域，這些區域可能需要進一步的工程關注。通過上述步驟和示例，你可以在SimScale平臺上有效地運行彈性力學仿真，并使用Python進行結果的深入分析，為航空航天設計提供有力的數據支持。6高級功能與優化技巧6.1使用高級材料模型在航空航天工程中，材料的性能對結構的強度、剛度和穩定性至關重要。SimScale提供了多種高級材料模型，以更精確地模擬真實材料的行為。這些模型包括但不限于線性彈性模型、非線性彈性模型、塑性模型、復合材料模型等。6.1.1線性彈性模型線性彈性模型是最基本的材料模型，適用于應力和應變成線性關系的材料。在SimScale中，可以通過輸入材料的彈性模量（Young’smodulus）和泊松比（Poisson’sratio）來定義這種模型。6.1.2非線性彈性模型對于某些材料，如橡膠或某些復合材料，其應力應變關系是非線性的。SimScale支持非線性彈性模型，用戶可以通過上傳材料的應力應變曲線數據來定義這種模型。例如，假設我們有以下橡膠材料的應力應變數據：應變（Strain）應力（Stress）0.00.00.110.00.220.00.330.00.440.0在SimScale中，可以將這些數據上傳，并選擇非線性彈性模型進行仿真。6.1.3塑性模型塑性模型用于模擬材料在超過彈性極限后的塑性變形。SimScale支持多種塑性模型，如vonMises屈服準則、Tresca屈服準則等。用戶可以通過定義材料的屈服強度和硬化參數來使用這些模型。6.1.4復合材料模型復合材料在航空航天領域廣泛應用，SimScale提供了復合材料模型，允許用戶定義各向異性材料屬性，以更準確地模擬復合材料的力學行為。6.2優化仿真參數以提高精度優化仿真參數是提高仿真結果精度的關鍵步驟。SimScale提供了多種工具和方法來幫助用戶調整仿真參數，包括網格細化、時間步長控制、收斂準則設置等。6.2.1網格細化網格細化是通過增加網格單元的數量來提高仿真精度的過程。在SimScale中，用戶可以手動調整網格尺寸，或使用自適應網格細化功能，該功能會自動在應力或應變較高的區域細化網格。6.2.2時間步長控制對于動態仿真，時間步長的選擇直接影響仿真結果的精度和計算效率。SimScale允許用戶手動設置時間步長，或使用自動時間步長控制，后者會根據仿真過程中的變化自動調整時間步長。6.2.3收斂準則設置收斂準則是判斷仿真是否達到穩定狀態的標準。在SimScale中，用戶可以設置收斂準則，如殘差收斂、位移收斂等，以確保仿真結果的可靠性。6.2.4示例：使用非線性彈性模型假設我們正在使用SimScale對一個橡膠密封圈進行仿真，以評估其在高壓下的變形。首先，我們需要上傳橡膠材料的應力應變數據，然后在材料屬性設置中選擇非線性彈性模型。1.在SimScale的項目中，選擇“材料”選項。

2.點擊“添加材料”，選擇“非線性彈性”模型。

3.上傳應力應變數據文件。

4.在仿真設置中，選擇“靜態分析”或“動態分析”，根據需要調整網格和時間步長參數。

5.運行仿真，分析結果。通過以上步驟，我們可以更準確地模擬橡膠密封圈在高壓下的行為，從而優化設計，確保其在實際應用中的性能。6.2.5示例：網格細化為了提高一個飛機機翼結構仿真的精度，我們可能需要在機翼的前緣和后緣進行網格細化，因為這些區域的應力分布更為復雜。1.在SimScale的項目中，選擇“網格”選項。

2.點擊“添加區域”，選擇機翼的前緣和后緣。

3.調整這些區域的網格尺寸，使其比其他區域更細。

4.運行仿真，比較細化前后結果的差異。通過網格細化，我們可以獲得更詳細的應力分布信息，這對于評估機翼結構的強度和穩定性至關重要。6.2.6示例：時間步長控制在進行飛機著陸時的動態仿真時，著陸瞬間的應力變化非常快，因此需要更小的時間步長來捕捉這些變化。1.在SimScale的項目中，選擇“仿真設置”選項。

2.點擊“時間步長”，選擇“自動控制”。

3.設置最小和最大時間步長，以及誤差容限。

4.運行仿真，觀察著陸瞬間的應力變化。自動時間步長控制可以確保在動態事件中獲得足夠的時間分辨率，同時避免不必要的計算，提高仿真效率。通過合理使用SimScale的高級功能和優化技巧，我們可以顯著提高航空航天工程中彈性力學仿真的精度和效率，為設計和優化提供更可靠的數據支持。7案例研究與實踐7.1實際航空航天項目中的SimScale應用在航空航天領域，彈性力學仿真軟件如SimScale的應用至關重要，它能夠幫助工程師在設計階段預測結構的響應，優化設計，減少物理原型的需要，從而節省時間和成本。SimScale的彈性力學仿真功能在實際項目中的應用，涵蓋了從飛機機翼的結構分析到火箭發射平臺的穩定性評估等多個方面。7.1.1機翼結構分析在飛機設計中，機翼的結構強度和剛度是關鍵因素。SimScale通過有限元分析（FEA）可以模擬機翼在不同飛行條件下的應力分布和變形情況。例如，考慮一個典型的商用飛機機翼，其材料為鋁合金，厚度不一，設計用于承受高速飛行時的氣動載荷。示例：機翼的有限元分析#SimScaleAPIPython示例：機翼結構分析

#導入必要的庫

importsimscale_sdk

#創建SimScaleAPI實例

api_client=simscale_sdk.ApiClient()

#定義項目

project=simscale_sdk.Project(name="AircraftWingAnalysis")

#創建幾何模型

geometry=simscale_sdk.Geometry(

name="WingGeometry",

file_path="path/to/wing.stl",

file_format="STL"

)

#定義材料

material=simscale_sdk.Material(

name="Aluminium",

density=2700,

youngs_modulus=70e9,

poisson_ratio=0.33

)

#定義載荷和邊界條件

load=simscale_sdk.Load(

name="AerodynamicLoad",

type="pressure",

value=100000,

reference_area="path/to/wing_surface.stl"

)

#定義仿真

simulation=simscale_sdk.Simulation(

name="WingStructuralAnalysis",

type="static",

geometry=geometry,

material=material,

loads=[load],

boundary_conditions=[simscale_sdk.BoundaryCondition(

name="Clamped",

type="fixed",

faces=["path/to/wing_root.stl"]

)]

)

#提交仿真

api_jects_api.create_project(project)

api_client.geometries_api.create_geometry(project.id,geometry)

api_client.materials_api.create_material(project.id,material)

api_client.loads_api.create_load(project.id,load)

api_client.simulations_api.create_simulation(project.id,simulation)上述代碼示例展示了如何使用SimScaleAPI創建一個機翼結構分析項目。通過定義材料屬性、載荷和邊界條件，可以設置仿真參數，然后提交仿真以獲取機翼在特定載荷下的應力和變形數據。7.1.2火箭發射平臺的穩定性評估火箭發射平臺的穩定性直接影響到發射的成功率。SimScale可以進行模態分析，以確定發射平臺的固有頻率和振型，確保其在發射過程中不會發生共振。示例：發射平臺的模態分析#SimScaleAPIPython示例：火箭發射平臺模態分析

#導入必要的庫

importsimscale_sdk

#創建SimScaleAPI實例

api_client=simscale_sdk.ApiClient()

#定義項目

project=simscale_sdk.Project(name="LaunchPadModalAnalysis")

#創建幾何模型

geometry=simscale_sdk.Geometry(

name="LaunchPadGeometry",

file_path="path/to/launch_pad.stl",

file_format="STL"

)

#定義材料

material=simscale_sdk.Material(

name="Concrete",

density=2400,

youngs_modulus=30e9,

poisson_ratio=0.16

)

#定義仿真

simulation=simscale_sdk.Simulation(

name="LaunchPadModalAnalysis",

type="modal",

geometry=geometry,

material=material

)

#提交仿真

api_jects_api.create_project(project)

api_client.geometries_api.create_geometry(project.id,geometry)

api_client.materials_api.create_material(project.id,material)

api_client.simulations_api.create_simulation(pr