AIFEM由南京天洑軟件有限公司自主研發的一款通用的、智能的、新一代有限元分析(FEM)軟件。軟件致力于實現通用FEM軟件的國產化替代，協助設計師、CAE工程師等用戶解決固體結構相關的靜力學、動力學、振動、熱力學等實際工程問題。同時，軟件結合天洑特色的AI智能加速、數字孿生建模、智能優化等技術，提供快速且不失精度的有限元分析和設計優化功能，幫助工業企業有效地建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程，提高產品的研發效率。

（1）軟件的核心是國產自主的通用有限元求解器, 它有與國外商軟比肩的計算效率和精度。

（2）軟件融合了具有天洑特色的AI技術。求解器與AI算法相結合，在保證精度的前提下，通過智能加速進一步提升計算效率；AIFEM也可以配合天洑其他產品，通過AI算法，構建數字孿生模型，進行實時仿真方面的應用。

（3）軟件界面友好易用。軟件提供了引導式的、前后處理和求解一體化用戶交互界面，有實時反饋的設置向導，并提供了可擴展的材料庫，進一步仿真分析各類操作的便捷性和易用性。

  (4)  AIFEM致力于解決實際工程問題。目前可進行零部件和裝配體的靜力和模態分析，并已經在一些重點軍工企業、通信設備制造企業、新能源汽車企業、裝備制造企業、核電企業等得到了應用落地。

（1）一體化工作流程

面向工程應用，AIFEM提供了前后處理與求解的一體化用戶界面，覆蓋從幾何導入、幾何編輯、網格劃分、分析設定、分析求解、查看結果的完整仿真分析流程。

軟件提供交互型三維視口，支持千萬網格顯示，支持多視口顯示。視口內嵌按功能分區的視口交互按鈕，操作簡單便捷。軟件界面融合設定向導，可以給出實時的操作反饋以及數據檢查和修改建議，友好易學，并且能兼容不同階段的設計師和工程師的使用需求和習慣。

圖1 軟件界面總覽

（2）面向仿真的幾何功能

軟件支持通用的STEP和IGES幾何文件格式的導入。在幾何導入后，軟件會自動計算并進行縫合、合縫、補面等幾何拓撲修復操作，解決產品模型在不同軟件之間傳遞、轉換等引起的數據缺失問題。

圖2 拓撲修復：補面

幾何編輯功能，支持特征去除、布爾運算、裝配變換。

通過特征去除功能，用戶可以精準快速的去除不影響分析的次要特征，比如小孔、倒角等，也可以融合碎面、短線等可能會產生局部過密的網格的幾何特征。

圖3 特征去除

裝配變換功能，是AIFEM的亮點功能之一。除了常規的五大變換操作（平移、旋轉、鏡像、縮放、陣列），軟件還提供了針對零件裝配的相切、對齊、同向，能夠幫助用戶快速、準確地完成零件裝配。

圖4 AIFEM特色的裝配變換

（3）全自動網格劃分功能

AIFEM支持全自動四面體網格劃分。用戶只要選擇幾何物體，軟件會自動建議并填入網格劃分尺寸和其他參數，用戶可以一鍵生成網格，最大限度減輕工程師劃分網格的工作量。

用戶也能手動調整網格尺寸和曲率偏差來進行網格疏密調整，或更進一步使用局部網格加密功能。AIFEM提供的幾何切分功能，可以自由切分線、面、體，輔助用戶更有針對性地進行局部網格加密操作。

軟件具有豐富的單元類型，用戶根據實際需要，選擇一階或二階單元進行分析。

圖5 四面體網格

（4）便捷的材料設定

AIFEM提供兩種材料設定：材料數據庫和自定義材料。

材料數據庫分為系統材料庫和用戶材料庫。AIFEM的系統材料庫，內置200余種國內外常用材料，可以一鍵使用。用戶材料庫則支持更專業的用戶自由創建、管理、導入導出數據庫，進行團隊內材料庫統一管理和分享。

對于已有材料參數或測試數據的材料，用戶可以使用自定義材料功能，通過組合材料卡片的方式，快速地創建新材料。軟件具有豐富的材料本構模型可供用戶使用，目前支持彈性和彈塑性的力學行為定義。

圖6 兩種材料設定方式

（5）面向工程應用的通用仿真能力

軟件支持多零件的裝配體分析、多分析步分析、非線性分析。非線性功能包含幾何非線性和材料非線性，支持解決各種復雜的非線性問題如塑性、大變形、大位移、大旋轉等。

AIFEM提供兩種分析步，解決最常見的分析類型：靜力分析步，支持線性或非線性靜力學分析；模態分析步，可以指定計算前N階模態，或在給定頻率范圍內的所有模態，模態計算數量不設上限。

AIFEM提供多種邊界條件、載荷、約束、接觸等滿足工程應用的工況施加方式，同時提供輔助函數、輸出請求等設定進一步輔助用戶進行靈活設定。比較有特色的工況設定，比如旋轉對稱、旋轉慣性力等，可以有針對性的、且高效的解決各類旋轉機械的結構仿真問題。

所有分析設定可以導出為AIFEM自有的可讀JSON格式，軟件也接受JSON格式以及商業軟件INP文件格式的導入。

軟件支持CPU并行求解。

表1 AIFEM仿真能力清單

（6）豐富的后處理功能

軟件提供多種后處理功能，包含物理場云圖、物理場云圖動畫和模態結果清單。用戶可以自由控制變形顯示，而且有多種渲染模式可供選擇。軟件的多視口，也方便用戶對比多次仿真的結果，輔助用戶更好地找到影響設計的關鍵因素。軟件支持時程動畫和模態簡諧振動動畫的播放和錄制。展示模態、頻率、廣義質量、有效質量、參與系數等信息的模態結果清單，可輔助用戶辨認關鍵模態、確認模態結果是否完備。

（1）抽塵泵離心葉輪強度分析

將葉輪在中心轉軸處固定，并對整個轉輪施加繞轉輪中軸線的離心力載荷，模擬分析該葉輪在工作狀態下（每分鐘1萬轉）的變形和受力情況。

圖7 離心葉輪模型

圖8 離心葉輪的靜力分析結果（形變放大倍數為500）

表2 AIFEM的計算結果與參考結果的對比，偏差在千分之一內

（2）抽塵泵離心葉輪模態分析

分析抽塵泵離心葉輪的自由模態。AIFEM能準確抓取到頻率接近零的前6階剛體自由模態。排除掉這6階剛體運動模態，下面展示的是前5階非剛體運動的自由模態結果。

圖9 離心葉輪的振型

表3 AIFEM計算的特征頻率與參考結果的對比，偏差在千分之一內

（3）水輪機活動導葉靜力分析

對導葉的固定環施加位移約束，并對導葉的正反面施加水流壓力載荷，分析該導葉在額定、最大水頭、升壓三種工況下的變形和受力情況。

(a) 幾何	(b) 網格

圖10 導葉模型

圖11 導葉在三種水流工況下的等效應力結果（形變放大倍數為500）

表4 AIFEM計算的最大等效應力與參考結果的對比，偏差在千分之一內

（4） 水輪機頂蓋強度分析

對頂蓋底面施加壓力載荷，采用1/4模型并施加旋轉對稱邊界條件，分析該頂蓋的變形情況。此分析考慮幾何非線性。

(a) 幾何	(b) 網格

圖12 頂蓋1/4模型

圖13 頂蓋在三種水流工況下的最大對數主應變結果（形變放大倍數為300）

表5 AIFEM計算的最大對數主應變與參考結果的對比，偏差在千分之一內