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喜报 | 十沣入选「2024年广东省智能制造生态合作伙伴」!
从“打水漂”到工业仿真：十沣TF-SPH软件解码流体力学奥秘
一颗石片在水面划出涟漪，这承载千年智慧的民间游戏，展现了流体力学的奥妙。水气界面上的表面张力、重力与浮力的微妙平衡、固体与流体的耦合作用，使石片实现"水上漂"——这与飞机水上迫降、船舶抗浪设计等实际工程问题具有相似的科学原理。
01.传统仿真为何难解“打水漂”级难题？
在石片高速撞击水面的瞬间，涵盖了石片旋转与水面冲击，水花的非线性演化、破碎与飞溅，以及石片在水面反作用力作用下的弹起——瞬态流固耦合的复杂性展露无遗。模拟这种包含水气自由表面、大变及瞬态流固耦合的复杂流场，传统上一般采用网格法进行仿真和分析。
图片来源：新华体育
但这种方法存在一些局限：对自由表面大变形的处理较为复杂，计算效率较低，同时难以保证液滴离散飞溅等过程中的计算稳定性和精度。因此，在应用传统网格法模拟飞机水上迫降等强烈冲击和流体-结构交互的场景时，常面临较大的挑战，亟需更加高效、稳定的数值解法。
02.“粒子解法”力破传统流固耦合困境
十沣的TF-SPH软件专为解决自由液面等复杂流体场景而研发，其基于光滑粒子流体动力学（SPH）方法，充分发挥拉格朗日粒子法在物质界面追踪中的优势，无需网格划分，特别适合模拟流体破碎、飞溅及流固耦合问题。此外，TF-SPH结合GPU高性能计算技术，能显著提高仿真效率，相比传统网格法而言，仿真效率可直接提升一个量级。同时，TF-SPH兼容了国产GPU（如海光DCU），能最大程度确保数据安全与可控性。
TF-SPH模拟打水漂
TF-SPH能够精准模拟石片打水漂过程中的复杂现象，如水花飞溅和石块弹射运动。软件引入了表面张力模型、多体动力学模型以及高精度流固耦合算法等，能够精确捕捉水气界面的动态演化，深入分析入水角度、速度等因素对石块在水面上运动的影响，揭示水气界面和物体之间的相互作用。这一能力也为工程应用提供了重要支持。
TF-SPH界面
03.赋能千行百业解码TF-SPH无限潜力
TF-SPH软件目前已广泛应用于航空航天、汽车交通、船舶海工等多个领域。在航空领域，TF-SPH可用于飞机水上迫降仿真，分析飞行器在水面航行时产生的强非线性水花破碎飞溅现象，以及机身的姿态变化；在汽车交通领域，TF-SPH可用于汽车水管理仿真，通过与国内领先车企深入合作，软件能够准确模拟汽车在涉水、淋雨等场景下的表现，评估车底板受力和整车水密性能等，提升车辆防水性能。
TF-SPH模拟飞机水上迫降
TF-SPH模拟汽车涉水
在船舶与海洋工程中，TF-SPH能够有效模拟波浪与船体相互作用、船舶入水冲击等，并用于波浪载荷和系泊系统下的船舶动态响应预测，分析复杂海况及系泊系统对海洋结构物运动特性的影响，为设计优化和安全评估提供可靠解决方案。此外，TF-SPH在城市洪水灾害推演等领域也具有广阔的应用前景。
TF-SPH模拟海上风电平台
TF-SPH模拟海浪冲击平台
TF-SPH模拟城市洪水
在TF-SPH的应用中，我们看到了传统智慧与现代科技的融合。作为十沣代表性产品之一，TF-SPH绕开了传统网格方法的技术壁垒，降低了产品的使用门槛；并且通过多物理场耦合和兼容结构兼容和结构/热力学联合仿真，丰富了应用场景；此外，全链路国产化最大程度地确保了数据主权安全，可以打破国际技术垄断，使中小企业能以较低成本获得使用高端CAE工具的机会。这些成果不仅彰显了十沣在自主工业软件领域的突破性创新，更体现了其推动科技创新与产业融合的坚定决心，为我国工业数字化转型注入了强劲动力。
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