利用降阶模型和数字孪生增强仿真

在工程仿真的动态环境中，实现效率和精度仍然是一项持续的挑战。Ansys Twin Builder提供了一个强大的解决方案，能够创建、部署和管理混合数字孪生，将物理场和数据相结合，以更准确地反映物理系统。然而，高保真度仿真的复杂要求通常会造成计算障碍，需要大量的时间和资源。这就是降阶模型（ROM）作为一种变革性技术发挥作用的地方，它可以重新定义仿真和数字孪生方法。

从本质上讲，降阶模型（ROM）是对捕获源模型行为的复杂模型的简化，因此工程师和设计人员可以使用最少的计算资源快速研究系统的主要影响。由于市场要求企业在更短的设计周期内生产更高质量的产品，ROM在产品开发行业中越来越受欢迎。

Twin Builder利用ROM减少计算负担，同时可保持准确性，从而使开发和设计团队能够显著加速创新。我们来探讨一下ROM背后的核心概念、其优势，以及集成Twin Builder和ROM如何优化您的工作流程和产品。

简化准确建模

简而言之，ROM代表复杂、高保真度模型的简化版本。这些模型提炼了更复杂模型的本质，使工程师和设计人员能够高效地研究系统的主要特征，同时节省计算资源。

随着公司在满足市场需求方面的压力不断增加，ROM在产品开发领域的重要性日益突出。这就要求企业在缩短设计周期的同时，保证高质量产品的生产。

Twin Builder与Ansys的多物理场仿真相结合，以ROM的形式提供3D仿真的细节，从而更快地生成准确、高效的系统级模型。例如，Twin Builder可以使用Ansys结构、流体、电磁和半导体产品生成的ROM为复杂系统进行建模，包括机械装配体、电磁致动器和机器设备、电路和电缆寄生效应、热网络和信号完整性。

ROM也可以在Ansys Workbench中创建，并轻松导入到Twin Builder中。此外，Twin Builder还能创建与求解器无关的ROM。这意味着ROM可以通过任何工具创建，包括第三方工具，然后导入到Twin Builder中，只要训练数据具有所需的格式即可。对于Twin Builder，需要将ROM作为功能模型单元（FMU）导入或导出。FMU会以开放且独立于工具的标准在不同仿真工具之间进行模型交换。

在为流体组件和流网络、刚体与柔性体机械装配体及电机和致动器建模时，与3D物理场求解器相结合的协同仿真能保持有限元分析（FEA）和计算流体力学（CFD）的完整精度。这使您能够缩短设计和开发周期，同时保持准确性和高保真度仿真，从而确保产品保持最高质量。

加速和增强仿真

ROM有望加快仿真速度（通常速度可提高10到100倍），为实验设计（DoE）和参数扫描研究等任务提供宝贵的资源。ROM无缝集成到Twin Builder中，可以生成实时应用，从而提高系统响应能力。此外，ROM还能大幅降低存储要求，并支持重复使用经过验证的3D物理模型，从而进一步扩大其在工程及其他领域的影响力。

ROM的一些主要优势包括提高效率、实时预测和资源优化，如下所述。

• 效率：ROM可显著降低计算要求，从而实现更快的仿真和实时数据分析。这加速了数字孪生的开发和部署，从而更快地做出决策和解决问题。
• 实时预测：ROM可提供在数字孪生中进行实时物理预测的功能。这提高了数字孪生的准确性和响应能力，使其成为更可靠的物理系统监控工具。
• 资源优化：通过简化复杂模型，同时保持准确性，ROM可优化计算资源的利用率。这不仅降低了成本，而且还使数字孪生技术能够应用于更广泛的应用领域和行业。

将数字孪生付诸实践

与仿真本身类似，数字孪生和ROM使众多行业受益，包括汽车、航空航天、医疗、工业设备等。为了演示Twin Builder和ROM如何在这些行业中对工作流程产生积极影响，我们以换热器维护为例进行探讨。

从食品和饮料到制冷、制药和化学加工，许多行业都在使用换热器。然而，无法预测和预知换热器的维护是会导致设备故障、延迟和其他生产麻烦的一项挑战，。

在本用例中，Ansys通过Twin Builder、Ansys Fluent和ROM，以如下方式提供了解决方案：

• 稳态气热Fluent模型（约有600万个单元）。
• 静态ROM（具有16个设计点）。
• Fluent中的碳酸钙厚度评估。
• 能够将数字孪生导出和部署到物联网（IoT）平台。

静态ROM是使用稳态仿真预测解决方案的模型，用于确定系统的最佳设计参数和运行条件。ROM通常根据仿真数据进行训练。由近600万个单元组成的强大网格有助于确保获得高度准确的结果。同样，构建具有16个设计点的DoE有助于对不同的输入值进行彻底分析，在本示例中，每个设计点都对应一个将在Fluent中运行的仿真。 

此外，利用Fluent的建模功能，您还可以准确进行多相流仿真，包括气-液、液-液、气-固、颗粒流，甚至离散元模拟（DEM）。在本用例中，多相流建模功能使您能够分析和预测换热器中碳酸钙厚度和潜在的积聚。

此外，使用Twin Builder部署数字孪生，您还可以通过实时监控来扩展这种洞察。例如，当数字孪生部署到物联网平台时，其将通过传感器接收来自实际设备的输入。这使数字孪生能够实时预测性能、获取设备的当前状态，以及完成其需要执行的任何其他任务。

更轻松地实现数字化转型

ROM能够支持实时物理预测并为您的数字孪生提供准确性，是成功实现数字化过程中不可或缺的资产。其不仅简化了复杂的流程，而且还提供了在数字时代蓬勃发展所需的关键洞察能力和效率。

通过利用ROM的强大功能，您可以推动创新、增强决策，并最终在不断发展的工程和技术领域引领潮流。

如欲进一步了解数字孪生和ROM如何改进您的工作流程，请观看免费的网络研讨会点播视频：利用Ansys Twin Builder的降阶模型增强仿真。

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