熱應力分析計算雲平台的建立
信息技術
作者：段濤 於寧
【摘要】建立熱應力分析計算雲平台是為了加快鑄鍛工業的發展速度，提高鑄鍛工業的發展水平，並進一步降低鑄鍛件的生產研發成本，提升工藝，擴大利潤，強化市場競爭力。本文主要介紹熱應力分析計算雲平台的構建過程。
【關鍵詞】熱應力；模擬；雲平台。
1、概述
1.1 熱應力分析計算雲平台的建立的意義。隨著我國工業現代化的迅猛發展，計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助製造（CAM）、計算機輔助工程（CAE）等計算機輔助係統在現代工業中的地位愈發凸顯。為了加快鑄鍛工業的發展速度，提高鑄鍛工業的發展水平，並進一步降低鑄鍛件的生產研發成本，提升工藝，擴大利潤，強化市場競爭力，遂決定建立熱應力分析計算雲平台。該平台基於強大的有限元分析，使其能夠預測嚴重畸變和殘餘應力，模擬金屬鑄造過程中的流動過程，精確顯示充填不足、冷隔、裹氣和熱節的位置以及殘餘應力與變形，準確地預測縮孔、縮鬆和鑄造過程中微觀組織的變化。與傳統的嚐試-出錯-修改方法相比，基於該平台的可視化分析計算是減少製造成本，縮短模具開發交貨時間和改善鑄造過程質量的重要完美解決方案。
1.2 鑄鍛行業現狀。鑄鍛行業是鑄造業和鍛造業的統稱，鑄造和鍛造是機械工業毛坯的提供者，是機械製造行業的基石，對我國國民經濟的發展起著重要的作用，在汽車、石化、鋼鐵、電力、造船、紡織、裝備製造等支柱產業中，鑄鍛件都占有較大的比重。各種大小類型的機器，鑄鍛件一般占整個重量的50%～70%。在礦冶（鋼、鐵、有色）、能源（火、水、核電等）、海洋和航空航天等工業的重、大、難裝備中鑄鍛件都占很大的比重和起重要作用。我國鑄鍛行業存在的主要問題：（1）產量大，廠點多，規模小，經濟效益差；（2）鑄件等級低、精度差、價格低；（3）鑄造技術、鑄造設備相對落後。
1.3 相關概念介紹。熱應力：溫度改變時，物體由於外在約束以及內部各部分之間的相互約束，使其不能完全自由脹縮而產生的應力。又稱變溫應力。求解熱應力，既要確定溫度場，又要確定位移、應變和應力場。與時間無關的溫度場稱定常溫度場，它引起定常熱應力；隨時間變化的溫度場叫非定常溫度場，它引起非定常熱應力。熱應力的求解步驟：①由熱傳導方程和邊界條件（求非定常溫度場還須初始條件）求出溫度分布；②再由熱彈性力學方程求出位移和應力。雲平台：這種平台允許開發者們或是將寫好的程序放在“雲”裏運行，或是使用“雲”裏提供的服務，或二者皆是。
2、平台設計相關理論
熱應力分析計算運用的是模擬的方法，而後再將這種方法植入雲服務平台。模擬是對真實事物或者過程的虛擬。模擬要表現出選定的物理係統或抽象係統的關鍵特性。模擬的關鍵問題包括有效信息的獲取、關鍵特性和表現的選定、近似簡化和假設的應用，以及模擬的重現度和有效性。可以認為仿真是一種重現係統外在表現的特殊的模擬。
雲平台提供的服務分為三大類：（1）軟件即服務（Software as a service，SaaS）：SaaS應用是完全在“雲”裏（也就是說，一個Internet服務提供商的服務器上）運行的。其戶內客戶端（on-premises client）通常是一個瀏覽器或其他簡易客戶端。（2）附著服務（Attached services）：每個戶內應用（on-premises application）自身都有一定功能，它們可以不時地訪問“雲”裏針對該應用提供的服務，以增強其功能。由於這些服務僅能為該特定應用所使用，所以可以認為它們是附著於該應用的。（3）雲平台（Cloud platforms）：雲平台提供基於“雲”的服務，供開發者創建應用時采用。你不必構建自己的基礎，你完全可以依靠雲平台來創建新的SaaS應用。雲平台的直接用戶是開發者，而不是最終用戶。
3、可行性分析
3.1 經濟可行性。目前計算單件費用大約在2-30萬，主要清華大學、計算所和西安交通大學等進行分析計算。因此，從係統多方麵的功能和用途來預算，開發本係統在成本花費上要遠小於它在未來應用中的實用效益，故開發此項目具有經濟可行性。