从专业角度采访ANSYS全球研发院士朱永谊

引言

应ANSYS中国的邀请，技术邻创始人虞伦有幸在ANSYS 2018技术大会上，采访了ANSYS全球研发院士朱永谊。本次采访问题的征集，得到了多位技术邻的ANSYS用户的响应，收集到了几十个问题。基于朱博士的采访时间有限，朱博士对本次ANSYS新版本比较相关的部分问题进行了解答。再次代表技术邻的所有ANSYS用户感谢朱博士的热心解答。

以下是朱博士的采访内容：

技术邻虞伦：
朱博士您好，这次我是代表技术邻的ANSYS的用户采访您的，采访的问题也大多是向技术邻的ANSYS用户征集的，他们都很关心ANSYS的发展，带来的问题都非常具体，希望能从朱博士这里得到最专业的解答。

第一个问题来自于技术邻的会员“张应迁”，他的问题是：
“我的主要研究的是桥梁，感觉ANSYS在这方面可以加强，希望ANSYS增强在结构施工方面的功能，包括施工过程模拟，预应力钢束的施加，多工况的组合等，要是能结合ANSYS的APDL那就更好了。不知ANSYS有没有这方面的计划？”。
我延伸一下张老师的问题，他的问题其是关于ANSYS在专业领域的发展策略和计划。因为ANSYS是个大型的通用CAE软件，产品开发主要满足通用性的要求，但我们注意到这个版本ANSYS推出了很专业的轮胎建模功能，这是基于什么原因去开发了这么深入行业的一个模块？

朱永谊博士：
ANSYS是个通用软件，所以在土木领域的应用上有些功能还没有做到面面俱到，我们的策略提供二次开发接口，和专业的第三方公司和二次开发人员合作。比如西班牙的CIVILFEM就是一个很专业的土木CAE软件，这个软件有ANSYS接口。ANSYS自身在土木领域中也有功能上的加强，最近推出了一个专门用来分析钢筋混凝土的功能，可以把钢筋和混凝土放在一起建模。另外ANSYS和一个岩土力学的软件合作，这个软件有很多岩土土力学的模型。至于施工过程的问题，这个非常专业，适合在ANSYS基础上二次开发，我们有个美国客户是做桥梁加固的，他们用ANSYS二次开发实现了各种施工过程的模拟。
关于轮胎建模功能，是ANSYS为加强在汽车行业竞争力特别推出的一个专业模块，轮胎涉及到轮胎的成型工艺、防止轮胎打滑的优化设计、运行状态分析等一系列复杂的问题。ANSYS的轮胎模块能够高效率地解决上述问题。ANSYS在汽车行业推出的另一个专业模块是用于分析刹车噪声的模块，那个模块的发布非常成功，很多汽车厂都开始用ANSYS来分析刹车噪声问题。所以我们会针对于重要行业开发一些专用模块，这是我们的行业策略，目前汽车行业有很多客户因为使用ANSYS的汽车相关的专业模块，进一步使用ANSYS的结构、流体、电磁耦合的更多功能。

技术邻虞伦：
感谢朱博士的回答，第二个问题来自于技术邻的会员“易炜”，他的问题是“关于ANSYS的计算速度，特别是计算有很强接触、材料、几何非线性的时候。虽然显式的方法可以不用计算刚度阵，但是单元的大小又确定了时间步长，有没有办法提高精度，这样可以用大网格，也就是变相的提高了计算速度？”

朱永谊博士：
看来这位朋友是研究显式的，正好和我的研究方向一致，我从事了20多年的显式技术研究和开发。近几年ANSYS的接触计算能力有非常显著的提高，鲁棒性很好、小滑移的计算速度有了提高，在某些功能上已经超过其他软件。另外要重点提到的是接触算法和高性能计算的结合，原先用HPC计算接触的时候HPC的计算性能会变慢，现在有了很大提高，支持3000核以上的HPC并行高速计算。另外显式技术本身也在发展，有很多新技术可以实现计算步长的提高，今后版本ANSYS在显式计算速度上还会有很大的提升。

技术邻虞伦：
我在这次会议上了解到ANSYS结构上的进展，其中很受强调的一点就是ANSYS在接触计算性能上的提高，看来技术邻的大部分ANSYS用户关心的问题得到了质的改善。这位“许沛”会员的问题也包括了接触的收敛速度问题，他的问题是：“我比较关心ANSYS是否能加快接触计算时的收敛速度，以及对橡胶材料非线性计算能力。”

朱永谊博士：
关于接触计算的收敛速度的问题刚才已经解释，这里主要回答一下和橡胶有关的问题。橡胶是不可压缩材料，容易发生大变形，单元畸变，所以收敛是一个难题。ANSYS对橡胶计算的开发起步较晚，但发展很快，这次的发布提到的自适应网格技术，能做到在发生单元畸变的时候自动重新划分网格，支持2维和3维自动分网格。自适应网格技术很好地解决了橡胶大变形的收敛问题。

技术邻虞伦：
接下来提问的一位ANSYS用户非常资深，邹正刚老师使用ANSYS近20年，已经退休了，还在坚持每天在技术邻回答ANSYS的问题，他提上来的问题非常多非常详细，可见他对ANSYS的忠实程度。时间关系我对他的问题进行了适当的简略，他的问题主要是关于ANSYS在动力学方面的具体问题，邹老师非常关心ANSYS在动力学方向的发展计划。他的问题：

“使用ANSYS多年，有一点想法，请考虑：
作为一个大型的有限元软件，ANSYS可以说是内容广泛、画面俱到。确实能够解决不少问题。不过，使用多年也感受到ANSYS确有一些不足之处，那就是虽能解决几乎所有力学方面的问题，但很少有精通的专业，即能够胜过大多数其它同类软件的专业。比如说，在动力学方面，不如xxx（此处打码），我感到主要不足有：
1、对承受位移载荷（位移、速度、加速度）的问题限制较多、分析能力不足；
2、对某些动力分析问题不能直接提供用户需要的结果类型，特别是速度、加速度等的结果；
3、对随机响应分析，希望能更加方便地直接提供非平方方式的所有结果，如位移、应力等，而不是功率谱密度方式的结果；
4、对频域的问题，也希望能够直接提供时域的结果，或者提供方便快捷的频域-时域、时域-频域的转换操作。
5、在非线性分析方面， ANSYS包含了几乎所有的非线性类型，但是在收敛性上有时候效率不高，所以很想了解ANSYS在非线性分析的收敛性优化的发展动态。”

朱永谊博士：
其实ANSYS这几年在动力学方面的发展非常大，包括多体动力学、频域分析、特征值分析、随机分析都在发展，最近推出的转子动力学，现在每个部件公转自转都可以分析。有些太具体的问题可以后面再进一步交流，可以邀请这位用户对我们新版本进行全面的了解，使用我们最新的版本，有机会可以参加ANSYS新版本的发布会和研讨会。

技术邻虞伦：
刚才朱博士提到的一点，我也觉得很有必要加强ANSYS的培训，很多中国的企业没有支付维护费的习惯，对最新的ANSYS版本的功能缺乏关注和学习，建议ANSYS公司多举办培训学习。接下来我询问我个人比较关心的问题，关于ANSYS全球的云计算的发展情况和在中国的云计算发展计划，请朱博士谈谈您的看法。

朱永谊博士：
云计算毫无疑问是个趋势，ANSYS在云计算方面的投入也非常大，在美国基本上每个超算中心的Amazon（AWS）、微软Azure都部署了ANSYS，在中国的超算中心也是如此。ANSYS目前支持高核1000核以上并行计算。另外我想提到的是GPU和云计算的结合，之前我们的计算都是基于CPU，但这几年基于GPU的图形计算发展特别快，据行业预测，在5年之内GPU的计算速度会超过CPU的计算速度1000倍。ANSYS Discovery Live就是完全基于GPU计算，所以Discovery Live能做到基于复杂三维模型，边设计边出仿真结果的实时仿真，所以Discovery Live是革命性的产品。并且将来Discovery Live也要和云计算结合，GPU计算+云计算，这样将来将来就能实现建模、计算、后处理都在云上，以后的CAE将会是非常便捷、高效率的。但同时CAE云计算在市场推广中，也遇到一些阻碍，主要是因为企业对数据安全性的担忧，研发数据对企业来说都是保密性很高的数据，一些大企业也不敢把数据放到云上去，所以普及率还不是很高，在美国也是类似情况。但其实在技术上安全性是没有问题，只是心理上担忧，这个情况相信会随着时间而改变。



（技术邻虞伦和朱永谊博士）

除了回答技术邻会员提到的问题，朱博士还和大家分享了关于对拓补优化技术、人工智能和CAE的结合等的看法。关于这两年CAE业界都在发展的拓补优化技术，其实ANSYS在经典版本的时候就已经有优化技术，但那时候的计算能力对多目标优化的性能还存在较大局限，所以发展并不是很快。近几年随着3D打印技术的发展，拓补优化的应用急速升温。所以ANSYS这几年在增材制造领域进行了大量投资，在拓补优化技术上得到了很大的发展，现在已经能支持多部件的非线形材料、非线性接触的优化计算，并收购了专业的增材制造模拟软件3DSim。另一个趋势就是Discovery Live会集成拓补优化技术，即时仿真+自动优化，这又将是一个很大的飞跃！在人工智能方面，ANSYS收购了一个光学仿真软件公司OPTIS，从视觉角度实现CAE仿真和3D视觉AR的结合，今后ANSYS还会延伸触觉、机器学习等计算能力，CAE和人工智能结合的前景非常广阔。



参加本次ANSYS大会让我比较有感触的有两点，一是Discovery Live，这款革命性的产品将改变制造业产品的研发方式，再次推荐大家关注。另一个是ANSYS最近收购的光学设计软件OPTIS，在现场体验了OPTIS的虚拟现实，不妨可以设想：以前ANSYS的后处理结果基于PC的图形显示，以后或许可以通过AR场景来显示后处理结果，实现数字双胞胎技术和AR技术的整合，想象空间无限！感觉CAE即将进入新的时代：实时高速仿真、数字双胞胎、AR三维数值模拟。对ANSYS的发展更加看好～