基于几何体的航天器热分析系统(I-deas TMG)
TMG热分析
I-deas NX 系列
先进的轨道可视化系统能帮助你快速验证轨道定义的正确性，可以用动画把航天器 模型沿轨道轨迹运动显示出来，装配体如太阳能阵列或机器人系统的铰接可以方便、 有效地模拟，并提供了一套图形工具来表征子装配的转动和平移，以及在变形体上 显示温度结果。 日照热(Diurnal heating) 如果给定了一个特定的纬度和方位，就可以计算太阳日照热，有各种选项可以用来 建立大气和地面效应。 管道流 TMG管道流提供了一种一维的流体流动和对流热交换模拟手段，它是基于控制体积 方法来对流动系统中的管路系统分别建立压力和水平对流计算模型，流动模型通过 对流传导系数耦合到热模型中，并进行并行求解，管道流模型通过一维流体单元装 配而成。 TMG热分析能根据管道几何形状自动计算流动阻力并在求解收敛后自动更新，管流 中的层流和湍流过渡区能自动识别并建立相应模型，变量化的风扇曲线和泵特性可 以指定为边界条件、恒定压力或流动条件，障碍物可以指定管壁粗糙度或用户指定 流动阻力，也可以考虑流动网状物的浮力效应。作为高级应用，如涡轮叶片冷却，TMG 可以模拟它的可压缩性和转动特性。 强迫和自然对流可以用流动模型来精确和有效的模拟，热模型中的对流单元自动与 相应的流体单元耦合，即使网格是不一致的，TMG 根据Nusselt 数值方法计算对流换 热系数，在流动和热求解过程中更新这些值，并区分层流和湍流区域，可以定义常 值的或可变的对流换热系数，或提供一个放大系数。 最先进的求解器技术 TMG提供了先进的求解器技术用于处理大规模、复杂问题，求解算法的核心是最先 进的双共轭梯度求解器，提供无以能比的求解速度和高度可靠性，稳态求解采用 Newton-Raphson迭代算法处理非线性问题，瞬态算法包括显式、隐式和指数推进方 法，由用户控制时间步和隐式参数。 为了加快收敛速度，求解算法根据温度变化尽可能减少辐射传导的更新，TMG自动 判断收敛性，如果收敛发生困难则动态调整求解器参数，求解控制范围很广，包括： 松弛因子、迭代限制、基于温度或能量残差的收敛准则、恒定的或可变的积分时间 步和结果输出间隔，还提供求解跟踪和其它诊断。
IDEAS-航天器热分析设计
3.4 Create a thermal coupling for the solar panels
Name: Solar Array Primary Elements: Group Primary Elements: SUN SIDE PANEL Secondary Elements: Group Secondary Elements: DARK SIDE PANEL Type: Conductive Thermal Conductivity：2
说明： 说明：建立电池阵边缘与主体的耦合传热 TMG will determine which elements of the main unit are the closest to the edge elements of the panels.
3.6 Create a non-geometric element at 17°C Name: Contents Fix temperature at: 17°C 说明：建立一个non-geometric element 代表主体内部的热传导 This element is coupled to the main unit in the next step. 3.7 Couple the spacecraft contents to the main unit
0.25 0.2 0.25
Shell0.5 Shell20
antenna beam
Mapped
说明： 说明：Define a beam mesh on the four edgesof the solar array
closest to the main unit
在电池阵靠近航天器主体处的四个边界进行网格划分 目的： 目的：建立电池阵与主体的耦合传热
I-DEAS
高度集成化的 CAD/CAE/CAM软件系统
• I-DEAS是Intergrated Design Engineering Analysis Software的首字母缩写，是世界 著名的CAD/CAE/CAM一体化软件，它集 成了三维实体造型设计、工程分析、仿 真、试验、制造和工程管理等各种功能。
5.非线性求解器：、支持几何非线性、材料非线性、弹塑性及综合非线性分析， 利用Newton-Raphson方法求解非线性方程组。 6.变量化分析变量化分析仿真在设计初期介入设计过程，利用单一模型进行广泛 的设计研究，通过一次网格划分和解算，生成手册式结果，得到多种可对比的方 案 7.响应分析：响应分析用来研究结构在静态、瞬态、谐波和随机等激励下的受迫 响应，模态可以来自结构分析或测试 8.复合铺合分析：以复合铺层材料结构进行高效的设计和评估 9.注塑冷却顾问： 注塑过程顾问系统。简单实用，直接对STL格式进行计算，只用定义零件的材料 和模具特性以及浇注口，就可以模拟浇注模具过程中塑料流动。可优化零件与模 具的设计，以达质量、成本和时间的最优平衡。 10.机械仿真（Mechanism Sim）： 分析机构在外力作用下的运动和受力。包含机构运动（Mechanism Design）的全 部功能. 11.产品寿命预测： 预测静态载荷下产品的材料强度和疲劳安全的工具。
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显示新的库(Library)将创建，点击OK
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I-DEAS 9
I-DEAS 9 模块概览摘自EDS《I-DEAS 掌控全程胜券在握》2002版* 核心造型（Core Master Modeler）造型（Master Modeler）I-DEAS 团队数据管理（I-DEAS Team Data Management）* 产品设计包(Product Design Package)造型（Master Modeler），二维绘图（Drafting），装配（Master Assembly），二维装配公差分析（2D Tolerance Analysis）I-DEAS 团队数据管理（I-DEAS Team Data Management）* Atisan 建模(Atisan Modeler)造型（Master Modeler）二维绘图（Drafting）装配（Master Assembly）二维装配公差分析（2D Tolerance Analysis）以上各模组均包含：材料数据系统(Material Data System)，3D IGES，VDA，SET，RPT接口，出图(Plotting)* 装配模组(Assembly Set)装配 (Master Assembly)二维装配公差分析(2D Tolerance Analysis)*曲面模组(Surfacing Set)曲面造型(Master Surfacing)* 仿真造型模组(Simulation Modeling Set)高级有限元造型(Extended FEM)梁造型(Beam Modeling)* 仿真解算模组(Simulation Solution Set)线性求解器(Model Solution Linear)优化(Optimization)* 加工模组(Manufacturing Set)曲面加工(Surface Machining)创成式加工(Generative Machining)标准后处理(C-Post)通用后处理(G-Post)* 高级加工模组(Advanced Manufacturing Set)* 绘图(Master Drafting)二维绘图(Drafting)2D IGES和DXF接口（2D IGES & DXF Translators）出图（Plotting）* 开放式体系结构(Open Architecture Products)开放式I-DEAS(Open I-DEAS)* 二维绘图符号库(Drafting Symbols Catalog)* 三维标准件库(Standard Parts Catalog)* 材料数据库(Material Data Catalog--MDLA, Metals, MIL5)* 逆向工程及高级曲面（Imageware）* 钣金设计(Sheet Metal)* 电缆布线设计(Harness Design)* 非线形求解器(Model Solution Nonlinear)* 复合铺层设计(Laminate Composites)* 电子系统冷却仿真(Electronic System Cooling)* 传热仿真(TMG)* 产品寿命预测(Durability)* 响应分析(Response Analysis)* VGX模架库设计(VGX Mold Base)* 机构仿真(Mechanism Simulation)* 变量化分析(Variational Analysis)* 机构设计(Mechanism Design)* 高级产品寿命预测(Advanced Durability)* VGX凸/凹模设计(VGX Core/Cavity Design)* 机床仿真(Machine Simulation)* 三维标注(Master Notation)* 数据交换(Data Exchange Products)CADAM, CATIA, Pro/E, UG, STEP, PCB, ABAQUS, ANSYS,NASTRAN, PDGS, CADDS5, AutoCAD, MARC, I-DEAS Web AccessCAD摘自EDS《I-DEAS 掌控全程胜券在握》2002版I-DEAS®提供了一个可升级的、基于特征的变量化实体造型解决方案，它能在您现有预算的基础上最大程度地满足协同的需求。
TMG培训教程
I-Deas TMG 培训资料(1)2012-07-02 07:20:17| 分类：I-Deas TMG 资料 | 标签：i-deas tmg 培训资料共享|字号订阅以下是我为客户进行I-Deas TMG 培训而编写的一份资料，供大家分享。
I-DEAS TMG 模块简介TMG 是加拿大MAYA 公司开发的一个全面的瞬态热分析软件，它能提供快速准确的方法分析求解复杂的热问题。
它的一个特点是具有计算物体在太空中受到太阳等照射的轨道加热能力，因此很受航天行业的欢迎。
I-Deas 自身没有瞬态热分析的能力，故嵌入了TMG 软件，使TMG 与I-deas Master Series 无缝集成在一起，以提供这方面的能力。
由于分析模型是建立在设计的几何图形上，因而处于底层的零件的改变将在热模型中得到反映。
TMG 提供了大量的工具用于创建、检查和求解热模型。
什么是I-deas TMG？I-deas TMG 使用先进的有限差分技术对热模型进行高效的数值求解。
TMG 可以模拟：非线性和瞬态问题；辐射和热传导；流体流动、相变和自由、强迫对流；卫星轨道和太阳加热；非几何建模。
I-deas TMG 能做什么？I-deas TMG 在工业界应用已有多年，它可以用于模拟各种问题，例如：发电机本体的导热；卫星在轨道上的热传导和辐射；带翅片的散热器的对流冷却；半导体材料的辐射加热和熔解；其它热问题。
I-deas TMG 流程图I-deas ESC 简介I-deas TMG 与I-deas ESC (Electronic System Cooling) 的大部分项目是完全兼容的。
ESC 具有如下特殊功能：基于单元的有限体积自由求解；三维流动的速度、温度和压力预测；湍流模拟。
ESC 可以模拟：单独的元件；多芯片模块；散热片；PC 主板；完整的电子系统。
什么是I-deas ESCI-deas ESC 结合了强大的CFD (计算流体动力学) 和先进的热求解技术。
I-Deas软件介绍-前世今生及未来-推荐下载
概述I-DEAS是美国SDRC(Structural Dynamics Research Corporation）公司于60年代为美国航空航天局（NASA）开发的CAD/CAE/CAM一体化软件，曾经是NASA的御用CAE主导分析软件之一，也是和UG NX并存的、不外挂专业CAE解算器但能和专业CAE软件功能相媲美的大型CAD/CAE/CAM系统，是国际上著名的机械CAD/CAE/CAM一体化方案供应商，早期和UG、CATIA齐名并在全球范围享有盛誉。
作为一款真正变量化的软件，曾主导过CAD行业从参数化设计到变量化设计的革命。
国外许多著名公司，如波音、洛克希德·马丁、索尼、东芝、三星、现代、卡特比勒、福特、日产、雷诺、法雷奥等公司均是SDRC公司的大客户和合作伙伴，但后来脱离NASA商业化后由于经营不善而被UGS所在母公司EDS收购并整合成一套软件，两家约定重起用新的名字为NX（国内仍习惯叫UG），07年底和UGS一起脱离EDS被Siemense 收购称为Siemense独立的PLM 软件业务部门。
简介该软件是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。
它帮助工程师以极高的效率，在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程，从而被全世界制造业用户而广泛应用。
I-DEAS在CAD/CAE一体化技术方面一直雄居世界榜首，软件内含诸如结构分析、热力分析、优化设计、耐久性分析等真正提高产品性能的高级分析功能。
SDRC也是全球最大的专业CAM软件生产厂商。
I-DEASCAMAND是CAM行业的顶级产品。
I-DEASCAMAND可以方便地仿真刀具及机床的运动，可以从简单的2轴、2.5轴加工到以7轴5联动方式来加工极为复杂的工件表面，并可以对数控加工过程进行自动控制和优化。
著名的“东芝事件”背后五轴数控机床所用的数控软件系统就是I-DEAS的产品。
I-deas提供一套基于因特网的协同产品开发解决方案，包含全部的数字化产品开发流程。
纳型卫星热控系统设计与仿真
第18卷第1期 系统 仿 真 学 报© V ol. 18 No. 12006年1月 Journal of System Simulation Jan.， 2006纳型卫星热控系统设计与仿真丁延卫1,2，付俊明2，尤 政2（1.中国科学院 光电研究院，北京 100080；2.清华大学 精密仪器与机械学系，北京 100084）摘 要：现代微小卫星是当前航天技术发展的重要方向之一，热控分系统的功能是为星上仪器设备提供合适的温度环境。
针对一颗纳型卫星，介绍其功能和构成。
以获得最佳热耦合机制为目标，对纳型卫星本体及各分系统进行了全被动热控系统设计。
通过I-DEAS TMG 软件，建立卫星热分析模型，对卫星的在轨稳态和瞬态温度状态上进行了仿真分析。
仿真结果满足卫星总体要求，表明所提出的热设计思想和所采取的热设计措施可行。
关键词：纳型卫星；热设计；仿真；热耦合中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004-731X (2006) 01-0169-04Design and Simulation for Thermal Control System of NanosatelliteDING Yan-wei 1,2, FU Jun-ming 2, YOU Zheng 2(1.Academy of Opto-electronics, The Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080, China; 2.Department of Precision Instruments and Mechanics, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: Modern microsatellite and small satellite is one of important aspects of space technology development nowadays, and its thermal control system is to provide appropriate temperature environment for instruments and equipments. The structure and function of a nanosatellite were introduced. Under the optimal thermal coupling mechanism, all-passive thermal design was carried out for nanosatellite system and subsystems. By I-DEAS TMG software, thermal model of the nanosatellite was founded, and the on-orbit steady and transient temperature distributions of nanosatellite were simulated. Temperature data met the need of the mission. Results show that the idea and measures of thermal design for nanosatellite are feasible.Key words: nanosatellite; thermal design; simulation; thermal coupling引 言现代微小卫星已经不是简单的卫星小型化，而是依托高新技术、采用一体化、集成化、模块化、商用器件化以及功能软件化等全新的设计思想和概念、以高“功能密度”为核心的系统小型化。
TMG热分析
何模型实体上。
超大规模的辐射模型。 个分析一次完成。
高分析效率
由于采用了高度自动的、集成的 求解流程，不需要额外的输入文 件，整个分析一次完成
对于装配分析，TMG提供 了强大的工具，可以连结
不同部件或组件的不匹
.
I-deas NX 系列
可以直接获得承载结构模型的热分析结果，并可以映射到不同的网格上，这些特点 加上多种接口和客户化选项使得TMG热分析成为各种工程环境的理想解决方案。 综合的热分析建模工具 热问题是一个复杂的对流或辐射效应问题，所以在机械和电子系统中通常是很难发 现和解决，TMG提供了一个用于确定这些效应的广泛的工具，它的先进仿真模拟技 术可以快速准确地获得结果。 传导 TMG热分析采用保守的、基于单元控制体积算法来对任意的、非结构网格获得精确 的传导和热容项，这项拥有专利的算法是基于限制在边界上的和几何形心的计算点 的单元温度函数，导出的求解矩阵非常精确、稳定，并和有限差分求解器如Sinda完 全兼容，这种方法也支持用户计算的传导项直接插入和用户子程序得到的求解矩阵 运算。
2
I-deas NX 系列
热/流耦合 你可以精确地模拟共轭传热问题中的强迫或自然对流。TMG的管流模块可以快速、 方便地模拟一维网络，而I-deas中电子系统冷却(ESC)提供了模拟3D复杂流动系统的 CFD功能，其中的热耦合工具能将流动模型和TMG模型耦合在一起，即使是不一致 的网格，并根据耦合计算结果得到对流换热系数。 焦耳热 TMG可以模拟焦耳热效应，电流密度是根据电压边界条件和电阻率来计算的，电特 性可以随温度变化并且与热模型完全耦合。 模型缩减 可以使用模型简化工具在求解之前简化或调整热模型矩阵，包括单元去激活、传导 减薄、单元合并和模型子结构等，对于较大规模的辐射模型，可以采用一种基于单 元簇的自动匹配算法在保证精度前提下对求解矩阵进行有效缩减。 模型管理 TMG提供了一套模型管理的综合工具，包括：
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结果映射
将温度传递到结构模型
数据交换
几何、网格、热模型
基于几何的分析方法
分层方法:
显式离散
任意的、非结构网格
传导、 传导、辐射 采用网格计算
一致性 精度 离散误差的评价
应用于网格的温度模型
材料、边界条件 面、体、位置信息
根据几何实体建立网格
相关性
根据设计模型提取分析几何
派生几何 同步
历史
TMG 从1983年开始开发 年开始开发 I-DEAS TMG 在1988发布第一的版本 发布第一的版本 客户: 客户
~ 400 sites ~ 650 seats
来自加拿大太空机构的研发支持 质量保证
通过SRQA认证 (Safety Related Quality Assurance) 自动的验证程序 524 个测试案例
模型装配工具
各个零件单独划分网格 用热耦合建立连接关系
热界面建模 边界条件
辐射、对流边界 随h而变
航天器运用: 航天器运用
组件安装 蜂窝结构 MLI 结构连接
辐射技术
TMG 对航天器的辐射模拟 对航天器的辐射模拟:
辐射交换的完全模拟 轨道环境热 漫射/反射/透射面 关节连接、旋转飞行器 角度相关的反射率、透射率 温度相关的发射率
对大模型精确、 对大模型精确、有效的计算
对光线密度、采样比Monte Carlo不敏感 采用迭代求解器有效求解辐射度方程
对曲面的支持
二阶单元对曲面曲率的捕捉 可以精确模拟聚焦效应 (如：抛物面反射器)
面方向特性
反射率、透射率对入射角
辐射交换矩阵
消除剩余角系数的重复调整算法
内部或外部封闭腔处理 优先修正阴影角系数 对空间角系数的有效修正
第三方程序
用户子程序 耦合的求解器框架 (ESC)
TMG的新特点
增强了轨道和姿态建模
广泛的轨道特征说明 跟方便的飞行器姿态建模 轨道可视化
视角因子的Hemi-cube 算法 视角因子的
使用图形硬件 基于OGL OGL 非常快
求解工况
多个工况独立的求解器设置 不考虑材料属性 结果与工况关联
TMG 的用户
I-deas 基于几何的建模技术
概念
单元网格是分析的基础 而几何模型是网格生成的基础 相关性 (网格、材料、边界条件)
方法
设计几何 scaffolding or from scratch 模型库 (元素、零件、装配) 节点和单元
使用设计几何
装配 几何提取 派生几何 同步 优点 可示化 易理解 效率高 精度 同步工程
模型缩减
子结构
求解矩阵的线性缩减 基于 star-delta变换 辐射项处理 可以恢复整个模型的温度 可以改进矩阵的条件
合并
将若干单元组合成单个计算点
求解器
稳态问题: 稳态问题 共轭梯度求解器
高效的迭代求解器 (双共轭梯度稳定技术) 预条件矩阵 (ILU分解) 非线性项的Newton-Raphson方法 对大的、病态系统的高效求解 负项的处理
协同框架体系
数字化 Master Model
共享设计元素 单元信息
Team
数据综合 分布式的工作组 unix & NT
连通形
VRML标注 URL 单元信息 OLE/COM Direct3D to EAI Concept Product Design & Manufacturing Product Development Cycle
网格划分
自由网格划分
高性能的壳、实体网格划分 高度自动化 任意几何 用户可控制的网格密度和单元过渡 线性、二阶单元 对孔和缝隙的处理 最小化单元扭曲的自动光顺
映射网格划分
生成均匀一致的单元 处理复杂和退化的区域 不等距 过渡
直接法
拖拉、旋转、复制、反射 表面覆层 分割、合并单元 缝合不相连的网格
其他有限元建模工具
Gebhardt算法 算法
生成单元到单元的传导矩阵
Oppenheim方法 (辐射度 方法 辐射度 辐射度)
高级迭代求解器 不需要矩阵求逆 通常产生较小的辐射矩阵 可以精确、有效地处理温度相关的发射率
轨道热
计算轨道环境热载
直接的太阳热、星体反照率、行星IR 计算对环境热源的角系数 校正的太阳投射、镜面反射的光线跟踪 辐射交换方程的辐射度算法 (扩展的 Oppenheim法) 使用迭代共轭梯度求解器有效求解
I-deas 几何提取
特征抑制
通过历程树
Section meshing
基于几何的 “网格面” 在不相连的面上生成网格
拓扑特征
切线和切面的辨认 相临边或间隙间距 removal of internal surface time holes
中面抽取
自动计算厚度
I-deas 几何提取
几何清理
对“脏”的几何的处理 重复的点、线 线、面之间的间隙 拓扑不一致
数据交换
有限元模型
与 NASTRAN, ANSYS, ABAQUS的直 接接口
分析结果
温度映射 将结果传递到不同网格的结构模型上 使用局部单元温度函数 处理穿过壳单元的横向梯度
热模型
SINDA (import, export) TRASYS (export) NEVADA (import, export) ESATAN (export)
角系数计算
非阴影单元对的精确围线积 分技术 障碍视角的Nusselt 球面法 障碍视角的
对单元细分的控制 误差算法
可以减少阴影检查的阴影面 算法
光线跟踪
Two-pass方法 方法: 方法
反射和透射的光线跟踪 角系数矩阵调整
光线分布是确定的
对反射和投射单元是根据角系数 单元被细分、光线在细分单元之间发生 用户控制光线密度 光线密度正比于视角因子 光线跟踪直到消失
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轨道和姿态建模
标准的轨道定义 对轨道计算点的控制 根据旋转角度和速率确定姿态 太阳、地球角度直接输入 轨道可视化
旋转飞行器
热流平均
轨道平均热载
铰接机构
带关节连接的瞬态热分析 定义部件之间的相对运动
旋转和平移 恒定的/随时间变化的 多关节
飞行器应用
太阳系阵列、机器人系统、旋转飞行器
重新计算黑体角系数的有效算法 在变化后的几何上进行结果后处理
所有的项与单个单元相关
与 SINDA的兼容 的兼容
TMG的求解矩阵可用SINDA直接求解
支持电导和电容的直接输入和修改
“非几何”建模
热耦合
建立两组单元集之间的热阻率
根据重合面或接近程度 它们之间的网格可以是不一致的 支持广泛的热阻类型
基于几何的
根据单元面、位置计算传导率 很方便的模型重新布置 (e.g. 元件布置)
面的操作
偏移 分割 插值或投影 延伸 连接、相交
分割
在实体上创建内部面
Scaffolding
模型装配
装配
处理大而复杂的装配 捕捉设计层次 灵活的零件和装配定位 instancing pruning VGX 装配约束 关联复制
有限元模型装配
各个部件组合 根据part instances的有限元选择 部件模型的复制
航空/航天 航空 航天 Allied Signal Boeing CNRS DASA Hughes Lockheed Martin NASA Rockwell 汽车 Ford Nissan Renault Valeo 电子 Beckman Instruments GE Medical Honeywell Mitsubishi Motorola Pitney Bowes Toshiba Thomson 制造 ABB Babcock and Wilcox Electricité de France
边界条件, 边界条件 数据面
不受网格重划分影响 温度 热流 辐射 对流
TMG实体 实体
在组中的几何 不受网格重划分影响
传导模型
支持各种单元类型
四面体、六面体、楔形、壳、梁单元 轴对称壳、实体单元
多种材料的复杂模型
正交各向异性 多层壳 (层状、TPS材料) 径向热流
处理高度倾斜和扭曲的网格 温度相关的材料属性 相变
企业
Metaphase, SAP
Open I-DEAS
数据交换
直接几何接口
Pro-Engineer CATIA Unigraphics PDGS ICEM
几何转换器
IGES STEP DXF SET VDA
I-DEAS几何 几何
集成的团队数据管理系统 双向协同 几何提取 可控制的模型更新 改变控制
求解
高效的迭代求解器 (双共轭梯度稳定技术) 预条件矩阵 (ILU 分解) 非线性项的Newton-Raphson方法 隐式、显式瞬态综合 模型子结构
建模技术
实体建模
广泛的建模能力 模型提取工具 模型库 (从单个元素到装配)
网格划分
自由、映射、手工划分
热耦合
装配体
轨道、姿态建模 轨道、 用户子程序 图形后处理、 图形后处理、结果可示化
实体选择
动态导航器 综合过滤 框选 相关
分组
实体的任意组合 集合操作
梁元建模 材料数据系统 模型检查
重合节点、单元 自由面、边 质量、面积、体积信息 单元质量检查
相关性
提取的几何与设计几何可以是相关的
“双相协同”
网格和几何也可以是相关的
当几何改变时网格更新 自由、映射网格 section meshes 网格定义 (材料、物理属性)
瞬态求解器
显式算法: 递推、指数递推 隐式方法: 任意形式 也可以用 共轭梯度求解器