四川麥克斯樂科技有限公司
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FEMtools是國際上******的一個專注于試驗測試和有限元分析之間相互關(guān)聯(lián)的CAE軟件，也是國際上******的一款專注于V&V&U（Validation and Verification and Updating）的有限元軟件。
FEMtools專注于有限元模型******性驗證、試驗方案優(yōu)化、試驗和有限元計算之間相關(guān)性分析、基于試驗修正有限元模型，等等。從數(shù)字樣機階段到試驗測試階段，FEMtools都貫穿于整個過程，******仿真分析的******性和試驗方案的合理性。
FEMtools是******在國內(nèi)航空、航天、電子、兵器、船舶、汽車，等領(lǐng)域的設(shè)計分析部門得到廣泛應(yīng)用的相關(guān)性分析和模型修正的V&V&U軟件。
國外的大汽車公司，基本都是FEMtools用戶。
FEMtools集成了有限元前后處理、結(jié)構(gòu)動力仿真、預(yù)試驗、分析—試驗相關(guān)性、模型修正、不確定性分析、設(shè)計改進與優(yōu)化、CAE過程集成和仿真數(shù)據(jù)管理等。尤其在有限元分析—試驗相關(guān)性和模型修正領(lǐng)域，一直是全球技術(shù)的*********。
FEMtools具有獨立的有限元求解器，同時也可以直接與外部求解器Nastran、ANSYS、ABAQUS等無縫集成。
FEMtools可以輸入測試數(shù)據(jù)。FEMtools優(yōu)化后的預(yù)試驗?zāi)Ｐ秃推渌治鰯?shù)據(jù)可以輸出到MTS、I-DEAS、TDAS、STAR Modal、CADA-X、 Smart Office、ME’Scope、ICATS,、Prodera等測試系統(tǒng)。
FEMtools的功能模塊包括框架平臺Framework、結(jié)構(gòu)動力學(xué)Dynamics、相關(guān)性Correlation、模型修正Model Updating、優(yōu)化Optimization和剛體特性辨識Rigid Body Properties Extractor。
FEMtools廣泛應(yīng)用于航空、航天 、交通運輸、船舶和海洋設(shè)備、國防、工程機械、電子、土木工程、能源、生物力學(xué)、運動產(chǎn)品和教育等領(lǐng)域。
FEMtools Framework 功能模塊
FEMtools Framework是一個多功能的交互式框架平臺和腳本環(huán)境，用于******工程分析、應(yīng)用開發(fā)、CAE流程集成和自動化。此框架包括數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)庫管理工具、網(wǎng)格操作工具、參數(shù)和響應(yīng)管理、******的數(shù)據(jù)可視化、全功能腳本語言和API函數(shù)庫。
FEMtools Framework有標(biāo)準(zhǔn)的單元庫、用于線性靜力分析和模態(tài)分析的求解器。可以直接調(diào)用外部求解器Nastran、Ansys、Abaqus。用戶自己開發(fā)的求解器，也可以很容易地集成到分析流程中。
主要特征
l 把有限元數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)，集中到一個統(tǒng)一的、結(jié)構(gòu)化的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫中；
l 分析、顯示、管理、報告工程仿真數(shù)據(jù)和試驗測試數(shù)據(jù)；
l 使用內(nèi)部求解器或外部求解器，分析靜力和動態(tài)響應(yīng)；
l 利用FEMtools腳本語言中數(shù)以百計的數(shù)學(xué)函數(shù)和API函數(shù)來處理所有的數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建自己的函數(shù)和程序。
應(yīng)用
l 數(shù)據(jù)管理和轉(zhuǎn)換；
l 有限元數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)的前后處理；
l CAE過程的集成和自動化；
l 垂直應(yīng)用開發(fā)。
FEMtools Dynamics用于結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)和結(jié)構(gòu)動力修改的******有限元解決方案。
FEMtools Dynamics 包括：
l 實模態(tài)和復(fù)模態(tài)分析；
l 超單元分析；
l 頻率響應(yīng)函數(shù)FRF；
l 諧波響應(yīng)分析；
l 結(jié)構(gòu)動力修改。
模態(tài)分析
l 用集成的FEMtools稀疏矩陣求解器或外部有限元求解器；
l Lanczos復(fù)模態(tài)求解器和Hessenberg模態(tài)求解器；
l 支持各種類型的阻尼(模態(tài)阻尼、比例粘性阻尼和結(jié)構(gòu)阻尼、粘性阻尼單元、材料阻尼)；
超單元分析
l 集成的Craig-Bampton矩陣縮減；
l 利用單元集或節(jié)點集簡便地定義超單元。；
l 支持沒有剩余結(jié)構(gòu)的模型裝配；
l 主自由度的自動生成以及自由度關(guān)系的處理；
l 自由度關(guān)系中的從自由度可以作為超單元的主自由度；
頻率響應(yīng)函數(shù)
l 用于相關(guān)性分析、靈敏度分析、模型修正；
l 計算的FRFs與試驗獲得的FRFs相比較；
l 使用集成的FEMtools稀疏矩陣求解器或調(diào)用外部的有限元求解器；
l 模態(tài)法或直接法求解；
l 殘余向量(慣性釋放、粘性阻尼和施加的載荷)；
l 利用有限元分析的模態(tài)或測試的模態(tài)進行的頻率響應(yīng)函數(shù)的模態(tài)綜合；
l 支持各種類型的阻尼(模態(tài)阻尼、比例粘性阻尼和結(jié)構(gòu)阻尼、粘性阻尼單元、材料阻尼)；
l 支持局部坐標(biāo)系；
諧波響應(yīng)分析
l 模態(tài)法、直接法進行響應(yīng)分析；
l 在選定自由度上的位移、速度或加速度響應(yīng)函數(shù)；
l 強迫運動激勵；
結(jié)構(gòu)動力修改(SDM)
結(jié)構(gòu)動力修改是一個設(shè)計導(dǎo)向工具，用來快速模擬結(jié)構(gòu)變化對模態(tài)參數(shù)的影響。利用頻率響應(yīng)函數(shù)或運行模態(tài)技術(shù)獲得結(jié)果。
結(jié)構(gòu)的變化可以等效成簡單的彈簧、質(zhì)量、阻尼或任何類型的單元(桿、梁、殼、體)。因為只使用模型幾何形狀和模態(tài)參數(shù)，因此原始的數(shù)據(jù)可以是有限元數(shù)據(jù)、測試數(shù)據(jù)和混合數(shù)據(jù)。
主要特征
l 修改的單元附加到有限元模型或測試模型中。修改單元的數(shù)量和類型不受限制；
l 交互定義修改單元；
l 利用模態(tài)試驗或者有限元分析中的模態(tài)參數(shù)修正模態(tài)振型和共振頻率；
l 滑尺控制修改單元的所有物理特性以實時再分析和顯示振型、振型匹配對、頻率響應(yīng)函數(shù)和試驗?zāi)B(tài)振型；
l 在修改模型和沒有修改模型之間進行相關(guān)性分析；
l 使用快速模態(tài)求解器分析修改單元的所有物理特性；
應(yīng)用
l 模擬結(jié)構(gòu)的修改；
l 模態(tài)靈敏度分析和變量分析；
l 設(shè)計調(diào)諧吸振器；
l 利用目標(biāo)響應(yīng)進行逆分析；
l 子結(jié)構(gòu)；
l 研究不同的模型假設(shè)對模型與測試數(shù)據(jù)之間相關(guān)性的影響；
l 用于模型修正的快速模態(tài)求解器；
l 設(shè)計空間的隨機采樣；
l 為模型修正和設(shè)計優(yōu)化估算******的初始值。
FEMtools Correlation相關(guān)性模塊
FEMtools Correlation基于試驗—分析相關(guān)性，為模態(tài)預(yù)試驗和模型的驗證確認(rèn)提供了一個完整解決方案。包含兩個模塊：
l 預(yù)試驗分析：規(guī)劃、模擬和優(yōu)化模態(tài)試驗方案；
l 相關(guān)性分析：在兩類數(shù)據(jù)之間（FEA—Test、FEA—FEA、Test--Test)的可視化對比和數(shù)值對比。
預(yù)試驗分析
如果有一個基準(zhǔn)的有限元模型，***可以用其模擬試驗。可以幫助試驗工程師優(yōu)化激勵位置、激勵方向、傳感器位置、懸掛位置。這個模型可以縮減成試驗?zāi)Ｐ停斎霚y試系統(tǒng)。在FEMtools Correlation中使用預(yù)試驗分析，可以在方案的早期階段***優(yōu)化模態(tài)試驗策略，提高模態(tài)測試數(shù)據(jù)的質(zhì)量，有助于有限元模型的驗證和修正。
預(yù)試驗分析可以解決的問題包括：
l 在給定的頻率范圍內(nèi)有多少階模態(tài)？
l 在眾多的可選位置中，哪一些是傳感器、激振器和懸掛的******位置和方向？
l 通過縮減有限元模型創(chuàng)建試驗測試模型，并輸出到模態(tài)測試系統(tǒng)中；
l 利用有限元模型確定曲面的法線方向，并使用此信息在全局坐標(biāo)系下分解模態(tài)試驗位移；
l 評估加速度計質(zhì)量對模態(tài)參數(shù)的影響。
主要特征
l 基準(zhǔn)有限元分析：在感興趣的頻率范圍內(nèi)分析模態(tài)振型。輸入分析結(jié)果數(shù)據(jù)或者使用FEMtools 的內(nèi)部求解器或外部求解器，分析有限元數(shù)據(jù)（模型、模態(tài)、頻響函數(shù)）；
l 目標(biāo)模態(tài)選擇：基于能量準(zhǔn)則，在感興趣的頻率范圍內(nèi)，根據(jù)模態(tài)有效質(zhì)量和動能比，選擇模態(tài)；
l 傳感器位置的選擇：根據(jù)方便性、成本、試件幾何形狀(表面、邊或角節(jié)點)等準(zhǔn)則或其它用戶定義的標(biāo)準(zhǔn)來選擇傳感器的位置；
l 傳感器布置：根據(jù)正則化模態(tài)位移和節(jié)點的動能，可以自動地尋找******的激勵、懸掛和測量的位置；
l 傳感器消減方法：可以從已經(jīng)確定的一些傳感器候選位置中，交互地去掉一些位置，以便于使得模態(tài)振型相互獨立或者正交。這些方法包括有效獨立法、MAC法和迭代Guyan縮減法；
l 試驗測試模型建立和輸出：截斷有限元模型，轉(zhuǎn)換成試驗?zāi)Ｐ筒⑤敵龅侥B(tài)測試軟件。自動創(chuàng)建測點之間的軌跡連線。從有限元模型中得到曲面的法向方向。
相關(guān)性分析
定量和定性地進行相關(guān)性分析的工具包括：
l 空間相關(guān)性：比較響應(yīng)點之間的空間位置，生成相互匹配的自由度標(biāo)表格。可以手動或者自動地改變模型的方向和縮放比例；
l 可視化形狀相關(guān)性：可視化比較形狀(靜態(tài)位移形狀、模態(tài)振型和試驗測試模態(tài))；
l 整體形狀相關(guān)性：使用不同的準(zhǔn)則比較整體形狀，結(jié)果用于形狀匹配；
l 局部形狀相關(guān)性：分析形狀之間的局部空間相關(guān)性，結(jié)果可以用來解釋局部模型缺陷問題和指導(dǎo)模型修正參數(shù)的選擇；
l 形狀匹配：創(chuàng)建一個形狀匹配表；
l 頻響函數(shù)匹配：創(chuàng)建一個頻響函數(shù)FRF匹配表；
l 頻響函數(shù)相關(guān)性：分析頻響函數(shù)之間的相關(guān)性；
l 相關(guān)系數(shù)：計算選擇的參考響應(yīng)引發(fā)的錯誤函數(shù)值，在模型修正中使用這些函數(shù)值監(jiān)控修正的模型和參考模型間的偏差；
應(yīng)用
l 試驗得到的模態(tài)阻尼與相應(yīng)的分析模態(tài)振型之間相鏈接；
l 縮放試驗?zāi)B(tài)振型；
l 評估不同的建模策略；
l 辨識建模缺陷或結(jié)構(gòu)損傷；
l 驗證有限元模型；
l 定義有限元模型修正的目標(biāo)和參數(shù)；
FEMtools Model Updating是結(jié)構(gòu)動態(tài)仿真、模型驗證和模型修正的整體解決方案。包括以下功能模塊：
l 靈敏度分析：分析參數(shù)改變?nèi)绾斡绊懡Y(jié)構(gòu)響應(yīng)。靈敏度信息可以有很多不同的用途，例如模型修正；
l 模型修正：反復(fù)修正參數(shù)，使得結(jié)構(gòu)更好地和目標(biāo)響應(yīng)相匹配；
l 諧波力辨識：從運行模態(tài)中辨識諧波力；
l 概率分析：考慮參數(shù)的誤差和分布概率，得到響應(yīng)的概率分布；
l 試驗設(shè)計：有效界定設(shè)計空間；
應(yīng)用
l What-If分析；
l 靈敏度分析；
l 有限元模型的驗證和單元網(wǎng)格細(xì)化；
l 不確定模型的修正；
l 設(shè)計改進和魯棒設(shè)計；
l 有限元模型縮減；
l 結(jié)構(gòu)損傷探測；
l 材料參數(shù)辨識；
l 結(jié)構(gòu)參數(shù)辨識(例如：鉸接剛度、阻尼)。
支持工具
l 外部求解器的直接數(shù)據(jù)接口；
l 數(shù)據(jù)庫管理；
l 完整的單元庫和求解器；
l 預(yù)試驗分析；
l 試驗—分析相關(guān)性；
數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用
靈敏度分析
靈敏度分析提供了設(shè)計參數(shù)和響應(yīng)之間相互關(guān)系的梯度信息。
l 選擇所有單元的材料特性、幾何特性、邊界條件、集中質(zhì)量和阻尼系數(shù)等作為參數(shù)；
l 選擇質(zhì)量、靜態(tài)位移、應(yīng)變、共振頻率、模態(tài)振型、MAC、FRF以及FRF的相關(guān)函數(shù)作為響應(yīng)；
l 局部參數(shù)和全局參數(shù)的靈敏度；
l 內(nèi)部的靈敏度分析，計算******靈敏度或者正則靈敏度、有限差分靈敏度和微分靈敏度；
l 外部靈敏度分析 (例如：Nastran SOL 200)的前后處理；
l 靈敏度和增益矩陣分析。
模型修正
模型修正用來縮短有限元分析結(jié)果和參考測試數(shù)據(jù)之間的“距離”。
l 自動迭代修正；
l 單次運行中可以組合不同參數(shù)和殘余響應(yīng)；
l 加權(quán)修正參數(shù)和目標(biāo)；
l 約束修正參數(shù)；
l 修正參數(shù)之間關(guān)聯(lián)
l 同時修正多個模型；
l 修正基于超單元的模型；
l 概率相關(guān)性和模型修正；
l 使用內(nèi)部求解器或者外部求解器計算靈敏度；
l 自動縮放靈敏度矩陣；
l 自動支持內(nèi)部求解器或外部求解器的靜態(tài)和動態(tài)重新分析；
l 跟蹤修正過程中修正的參數(shù)和響應(yīng)；
l 撤銷功能和數(shù)據(jù)庫恢復(fù)功能；
l 輸出修正后的有限元模型。
簡化為 
細(xì)單元網(wǎng)格模型EMA 粗單元網(wǎng)格模型FEA
粗網(wǎng)格模型修正后的頻率和振型與細(xì)網(wǎng)格模型******一致
調(diào)整發(fā)動機的局部剛度
FEMtools Rigid Body Properties Extractor剛形體特性抽取模塊
通過測得的頻率響應(yīng)函數(shù)FRF獲得剛性體的特性
FEMtools Rigid Body Properties Extractor是一個可選的附加模塊，可以通過測得的一系列頻率響應(yīng)函數(shù)FRF來辨識剛性體的特性，例如質(zhì)量、質(zhì)心位置和質(zhì)量慣性矩等等。這些特性可以用于模型修正中的子結(jié)構(gòu)或者運動分析Motion。
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