CAE

ANSYS公司的CAE软件产品体系是一套覆盖多物理场仿真、系统级集成与数字孪生的综合性平台，为企业提供从概念设计到产品运维全生命周期的工程仿真解决方案。其产品涵盖结构力学、流体动力学、电磁学、光学、光子学、系统工程、数字孪生等多个技术领域，支持不同物理域之间的深度耦合分析，帮助工程师解决复杂工程问题，优化产品性能，缩短研发周期，降低成本。

一、 核心产品体系概述

ANSYS的CAE产品体系以统一的仿真环境为基础，通过模块化设计满足不同行业的特定需求。核心产品可分为以下几大类：结构与多物理场仿真、流体动力学仿真、电磁与电子仿真、光学与光子学仿真、系统级与数字孪生、仿真数据与流程管理。各产品之间通过Ansys Workbench或专用接口实现数据互通与协同仿真，形成完整的仿真生态。

• 统一集成环境：Ansys Workbench作为核心集成平台，支持拖拽式工作流设计，实现不同仿真工具的无缝衔接，统一数据管理与后处理。
• 模块化产品设计：每个产品针对特定物理域或应用场景优化，同时支持跨模块耦合分析，满足复杂工程问题的多物理场需求。
• 开放生态兼容：支持Python、MATLAB等编程语言的二次开发，集成开源工具（如OpenFOAM），并提供与CAD/PLM工具（如SolidWorks、CATIA、Siemens NX）的直接接口。

二、 结构与多物理场仿真产品

结构与多物理场仿真是ANSYS产品体系的核心领域之一，覆盖从线性到非线性、静态到动态、宏观到微观的结构分析需求，并支持与其他物理域的耦合分析。

1. Ansys Mechanical

Ansys Mechanical是一款通用结构仿真工具，提供全面的结构分析能力，适用于航空航天、汽车、机械、能源等行业。

• 核心分析能力：支持静力学分析、动力学分析（模态、谐波、瞬态）、疲劳分析、热分析（稳态/瞬态）、非线性分析（材料非线性、几何非线性、接触非线性）、断裂力学分析、复合材料分析等。
• 多物理场耦合：可与Ansys Fluent（流固耦合FSI）、Ansys Maxwell（电磁结构耦合）、Ansys CFX（热结构耦合）等工具实现双向耦合，分析复杂多物理场问题（如发动机叶片的流固热耦合）。
• 网格技术：提供自适应网格细化、六面体主导网格生成、四面体网格优化等功能，支持复杂几何模型的高效网格划分；最新版本增强了AI驱动的网格优化，可自动调整网格密度以平衡精度与计算效率。
• 材料库与自定义材料：内置丰富的工程材料库（金属、塑料、复合材料、陶瓷等），支持用户自定义材料模型（如弹塑性、粘弹性、超弹性），并可集成实验数据校准材料参数。
• 后处理功能：提供直观的可视化界面，支持云图、矢量图、动画、路径图等结果展示；自动生成标准化报告，支持数据导出与第三方工具集成。
• 2024 R2增强：优化复合材料层合板失效分析能力，新增3D打印材料仿真模型，增强与Ansys Twin Builder的数字孪生数据互通。

2. Ansys LS-DYNA

Ansys LS-DYNA是一款显式动力学仿真工具，专注于瞬态大变形问题，广泛应用于碰撞、冲击、爆炸、金属成型等场景。

• 核心应用场景：汽车碰撞测试、飞机鸟撞仿真、建筑结构抗爆分析、金属冲压成型、复合材料冲击损伤、生物力学（如人体碰撞防护）。
• 物理模型支持：支持非线性材料模型（如Johnson-Cook、Holmquist-Johnson-Cook）、接触算法（罚函数、拉格朗日乘子）、流固耦合（SPH方法）、热固耦合、电磁-结构耦合等。
• 并行计算能力：支持大规模并行计算（MPI），可利用数千核处理器加速复杂仿真任务，缩短计算时间。
• 2024 R2增强：新增电池包热失控仿真模型，优化复合材料分层损伤预测精度，增强与Ansys Mechanical的后处理数据共享。

3. Ansys Abaqus

Ansys Abaqus是一款高端非线性结构仿真工具，以其强大的非线性分析能力和材料模型库著称，适用于复杂工程问题。

• 非线性分析优势：支持复杂的材料非线性（如橡胶、泡沫、聚合物、金属塑性）、几何非线性（大变形、大应变）、接触非线性（复杂接触对、摩擦模型）。
• 多物理场耦合：支持流固耦合、热固耦合、电磁-结构耦合、声学-结构耦合等，可与Ansys Fluent、Ansys Maxwell等工具协同。
• 用户自定义功能：提供丰富的用户子程序接口（UMAT、UEL、USDFLD等），支持用户自定义材料模型、单元类型、载荷条件等。
• 应用场景：汽车底盘疲劳分析、航空发动机叶片高温蠕变、医疗器械生物力学仿真、土木工程结构抗震分析。

4. Ansys Composite PrepPost (ACP)

Ansys ACP是一款专门用于复合材料设计与分析的工具，支持从复合材料铺层设计到结构强度评估的全流程。

• 铺层设计：提供直观的铺层编辑界面，支持多种铺层方式（单向、编织、缝合），可定义铺层顺序、角度、厚度等参数。
• 分析能力：支持复合材料的静力学、动力学、疲劳、冲击损伤分析，预测分层、纤维断裂等失效模式。
• 集成性：可与Ansys Mechanical、Ansys LS-DYNA无缝集成，实现复合材料结构的多物理场仿真。
• 应用场景：飞机机翼复合材料结构、汽车轻量化部件、风电叶片、体育器材（如网球拍）。

三、 流体动力学仿真产品

ANSYS的流体动力学仿真产品覆盖从宏观到微观、从稳态到瞬态、从单相到多相的流体分析需求，支持复杂的物理现象模拟。

1. Ansys Fluent

Ansys Fluent是一款通用计算流体动力学（CFD）工具，以其强大的求解器和丰富的物理模型库广泛应用于各行业。

• 核心求解器：基于有限体积法（FVM），支持结构化、非结构化、混合网格，可处理复杂几何模型。
• 物理模型支持：
  • 湍流模型：k-ε、k-ω、SST、LES、DNS等；
  • 多相流模型：VOF（体积分数法）、Mixture（混合法）、Eulerian（欧拉法）、DPM（离散相模型）；
  • 化学反应与燃烧：预混燃烧、非预混燃烧、部分预混燃烧、详细化学反应机理；
  • 相变模型：蒸发、冷凝、沸腾、凝固；
  • 传热模型：传导、对流、辐射（DO、P1、Rosseland）；
  • 粘弹性流体：适用于聚合物加工、生物流体等。
• 多物理场耦合：支持流固耦合（FSI）、电磁流体耦合、流体热耦合、流体声学耦合等，可与Ansys Mechanical、Ansys Maxwell等工具协同。
• 并行计算与性能优化：支持大规模并行计算（MPI+OpenMP混合并行），利用GPU加速求解，优化计算效率。
• 2024 R2增强：新增超临界流体仿真模型，优化多相流求解稳定性，增强AI驱动的网格自适应能力。
• 应用场景：汽车发动机燃烧室仿真、飞机机翼气动分析、风力发电机叶片流场优化、核电站冷却系统热工水力分析、医疗器械流体仿真（如血液流动）。

2. Ansys CFX

Ansys CFX是一款高精度流体仿真工具，以其结构化网格优势和旋转机械仿真能力著称。

• 结构化网格优势：擅长处理结构化网格，求解精度高，适用于旋转机械（如涡轮机、泵、压缩机）的仿真。
• 物理模型支持：支持湍流、多相流、燃烧、传热、旋转机械动网格等模型。
• 应用场景：燃气轮机流场分析、离心泵性能优化、航空发动机压气机仿真、水力发电站水轮机分析。

3. Ansys Polyflow

Ansys Polyflow是一款专注于粘弹性流体仿真的工具，适用于聚合物加工、食品工业、化妆品等领域。

• 核心应用场景：挤出成型（如塑料管材、型材）、注塑成型、吹塑成型、纺丝、涂料涂覆。
• 物理模型支持：支持粘弹性流体模型（如Oldroyd-B、Giesekus）、非牛顿流体、自由表面流动、传热等。
• 分析能力：预测产品的形状、尺寸精度、残余应力分布等。

4. Ansys OpenFOAM

Ansys OpenFOAM是ANSYS集成的开源CFD工具，保留了开源社区的灵活性，同时提供ANSYS的技术支持。

• 开源优势：支持用户自定义求解器和物理模型，适用于科研和定制化需求。
• 集成性：可与Ansys Workbench集成，利用ANSYS的网格生成和后处理功能。
• 应用场景：学术研究、复杂流体现象的定制化仿真、特殊行业的流体分析。

四、 电磁与电子仿真产品

ANSYS的电磁与电子仿真产品覆盖从芯片级到系统级的电磁分析需求，支持高频、低频、静电、电磁兼容等场景。

1. Ansys Electronics Desktop (AEDT)

Ansys Electronics Desktop是一款集成化的电子仿真平台，包含多个专用工具，支持从组件到系统的电磁分析。

• Ansys HFSS：高频电磁仿真工具，基于有限元法（FEM），适用于天线、雷达、微波器件、5G通信设备等。支持三维全波仿真，预测辐射、散射、阻抗匹配等参数。
• Ansys Maxwell：低频电磁仿真工具，支持静磁场、交变磁场、涡流场、瞬态磁场分析，适用于电机、变压器、传感器、电磁铁等。
• Ansys Q3D Extractor：寄生参数提取工具，用于PCB、封装、连接器的电阻、电容、电感参数提取，支持信号完整性分析。
• Ansys SIwave：PCB信号完整性与电源完整性分析工具，预测串扰、反射、电源噪声等问题。
• Ansys Icepak：电子热仿真工具，结合电磁仿真数据，分析电子设备的热分布，优化散热设计。

2. Ansys RedHawk-SC

Ansys RedHawk-SC是一款芯片级电源完整性与热分析工具，适用于高性能芯片、AI芯片、汽车电子芯片等。

• 核心功能：芯片电源网络的压降（IR Drop）分析、电磁干扰（EMI）分析、热分布分析、可靠性预测（如电迁移）。
• 集成性：可与芯片设计工具（如Cadence、Synopsys）无缝集成，支持从设计到仿真的全流程。
• 应用场景：CPU、GPU、FPGA、自动驾驶芯片的电源与热优化。

3. Ansys RaptorX

Ansys RaptorX是一款封装级电磁仿真工具，用于芯片封装、球栅阵列（BGA）、连接器的电磁分析。

• 核心功能：封装的信号完整性、电源完整性、电磁兼容分析，寄生参数提取。
• 应用场景：手机芯片封装、服务器芯片封装、汽车电子封装的性能优化。

五、 光学与光子学仿真产品

ANSYS的光学与光子学仿真产品覆盖从宏观照明系统到微观光子器件的设计与分析需求。

1. Ansys Speos

Ansys Speos是一款光学系统仿真工具，基于光线追踪技术，适用于汽车照明、室内照明、显示系统、摄像头等。

• 核心功能：光线追踪、照度分析、色彩分析、眩光预测、人眼视觉仿真。
• 应用场景：汽车大灯设计、LED照明系统优化、手机摄像头光学仿真、AR/VR设备的光学设计。

2. Ansys Lumerical

Ansys Lumerical是一款光子器件仿真工具，适用于光芯片、波导、激光器、光电探测器等。

• 核心功能：FDTD（时域有限差分法）仿真、MODE（模式求解）、DEVICE（半导体器件仿真）、INTERCONNECT（光子电路仿真）。
• 应用场景：5G光通信器件、AI芯片的光互连、量子计算光子器件、生物传感器。

3. Ansys Zemax

Ansys Zemax是一款光学设计工具，适用于镜头、望远镜、显微镜、激光系统等。

• 核心功能：光学系统设计、像差分析、光线追踪、优化设计。
• 应用场景：手机镜头设计、相机镜头、医疗显微镜、天文望远镜。

六、 系统级与数字孪生产品

ANSYS的系统级与数字孪生产品支持从系统集成到实时监控的全流程，帮助企业实现数字化转型。

1. Ansys Twin Builder

Ansys Twin Builder是一款数字孪生平台，用于构建物理资产的数字孪生模型，实现实时监控、预测性维护、性能优化。

• 核心功能：集成多物理场仿真模型（结构、流体、电磁）、实时数据采集与处理、AI预测模型、可视化 dashboard。
• 应用场景：风力发电机的数字孪生（实时监控叶片状态、预测故障）、汽车发动机的数字孪生（优化燃油效率）、工业机器人的数字孪生（预测维护周期）。

2. Ansys System Coupling

Ansys System Coupling是一款多物理场耦合工具，支持不同仿真工具之间的数据交换与协同仿真。

• 支持的耦合类型：流固耦合（FSI）、电磁热耦合、结构声学耦合、流体声学耦合等。
• 应用场景：飞机机身的气动弹性分析（结构与流体耦合）、电机的电磁热结构耦合分析、汽车刹车系统的热结构耦合分析。

3. Ansys ModelCenter

Ansys ModelCenter是一款系统级设计优化工具，支持多学科优化（MDO），集成不同领域的仿真模型，实现系统性能的全局优化。

• 核心功能：工作流自动化、多学科优化算法、敏感性分析、参数优化。
• 应用场景：汽车整车性能优化（动力性、燃油经济性、舒适性）、飞机设计的多学科优化（气动、结构、重量）、航天器系统优化。

七、 仿真数据与流程管理产品

ANSYS的仿真数据与流程管理产品帮助企业管理仿真数据资产，优化仿真流程，提升团队协作效率。

1. Ansys Minerva

Ansys Minerva是一款仿真数据管理平台，用于存储、检索、共享仿真数据，支持版本控制、权限管理、流程自动化。

• 核心功能：仿真数据仓库、版本管理、元数据管理、工作流自动化、报告生成。
• 应用场景：企业级仿真数据资产化、跨团队仿真协作、合规性管理。

2. Ansys Workbench Collaboration

Ansys Workbench Collaboration是一款团队协作工具，支持多人同时编辑仿真项目，实时共享数据与结果。

• 核心功能：实时协作、权限控制、变更追踪、评论与反馈。
• 应用场景：分布式团队的仿真项目协作、跨部门的仿真任务协同。

八、 技术优势与创新点

ANSYS的CAE产品体系具有以下核心技术优势，帮助企业解决复杂工程问题：

• 深度多物理场耦合能力：支持不同物理域之间的双向耦合分析，如流固耦合、电磁热耦合、结构声学耦合等，准确模拟真实世界的复杂现象。
• 高精度求解器：拥有业界领先的隐式与显式求解器，支持大规模并行计算，确保仿真结果的精度与可靠性。
• AI/ML集成：将机器学习技术融入仿真流程，如AI驱动的网格优化、仿真结果预测、参数优化，加速仿真迭代速度。
• 云原生支持：支持在AWS、Azure、Google Cloud等公有云平台部署，提供弹性计算资源，降低硬件成本。
• 开源生态兼容：集成开源工具（如OpenFOAM），支持Python等编程语言的二次开发，提供灵活的定制化能力。
• 全生命周期支持：从概念设计到产品运维，覆盖产品全生命周期的仿真需求，帮助企业实现数字化闭环。

九、 典型行业应用场景

ANSYS的CAE产品广泛应用于全球多个行业，以下是部分典型场景：

• 航空航天：飞机结构强度分析（Ansys Mechanical）、发动机燃烧室流体仿真（Ansys Fluent）、雷达天线设计（Ansys HFSS）、飞机鸟撞仿真（Ansys LS-DYNA）、航天器热管理（Ansys Icepak）。
• 汽车：车身碰撞仿真（Ansys LS-DYNA）、发动机冷却系统流体分析（Ansys Fluent）、电动车电池热管理（Ansys Icepak）、自动驾驶传感器仿真（Ansys Speos、Ansys HFSS）、汽车轻量化复合材料设计（Ansys ACP）。
• 电子：芯片封装的热分析（Ansys Icepak）、PCB的信号完整性（Ansys SIwave）、手机天线设计（Ansys HFSS）、高性能芯片的电源完整性（Ansys RedHawk-SC）、LED照明系统优化（Ansys Speos）。
• 能源：风力发电机叶片的流固耦合分析（Ansys Fluent + Mechanical）、核电站冷却系统热工水力仿真（Ansys Fluent）、燃气轮机的流场分析（Ansys CFX）、太阳能电池板的光学仿真（Ansys Speos）。
• 医疗：人工关节的疲劳分析（Ansys Mechanical）、医疗器械的电磁兼容性测试（Ansys Maxwell）、血液流动仿真（Ansys Fluent）、人工心脏瓣膜的流体仿真（Ansys Fluent）、医疗显微镜的光学设计（Ansys Zemax）。
• 工业制造：金属冲压成型仿真（Ansys LS-DYNA）、聚合物挤出成型仿真（Ansys Polyflow）、工业机器人的结构分析（Ansys Mechanical）、工厂通风系统优化（Ansys Fluent）。

十、 总结

ANSYS的CAE软件产品体系是一套覆盖多物理场仿真、系统级集成与数字孪生的综合性平台，为企业提供从概念设计到产品运维全生命周期的工程仿真解决方案。其产品具有深度多物理场耦合能力、高精度求解器、AI/ML集成、云原生支持等核心优势，广泛应用于航空航天、汽车、电子、能源、医疗等多个行业，帮助企业优化产品性能，缩短研发周期，降低成本，实现数字化转型。

了解更多产品详情，请访问ANSYS中国官网：

登录后查看