冲击动力学仿真软件ESCAAS

ESCAAS是云翼超算（北京）软件科技有限公司开发的瞬态高度非线性冲击动力学仿真软件。基于OTM（**运输无网格）方法，能够对高温（10³至10⁴K）、高压（10GPa~300GPa）、高应变率（10⁵~10⁸）下材料和结构的非线性瞬态特性进行高可信度仿真。

ESCAAS有如下技术特色：

1.     创新的无网格计算方法（OTM）

•   ESCAAS核心求解器为OTM方法。OTM方法可以有效避免有限元方法中的网格畸变与局部动态网格重划，以及SPH方法中的拉应力不稳定性。

•   采用局部**熵无网格插值函数（LME），克服了无网格方法中施加边界条件的难点，提高了精度和计算效率。

•   ESCAAS采用统一的拉格朗日控制方程，整体求解流体、固体、流固耦合、热力耦合以及热流固耦合

2.     极端条件下的极限力学仿真

•   经过十余年的研发以及理论与大量实验验证，OTM方法更适于稳定模拟不同材料在高温、高压、高应变率等极限条件下的复杂瞬态热力学响应。

•   能够高可信度模拟从一般撞击到超高速撞击问题（0~10km/s）。例如装甲弹道撞击模拟(100m/s~2km/s)、超高速飞行器防护(1km/s~3km/s)、空间站抵御空间碎片超高速撞击模拟（5km/s~10km/s）。

•   ESCAAS软件基于能量与变分原理的严格分析以及基于物理的材料模型，准确预测多种能量耗散模式的自主耦合，克服传统显式方法的不稳定、精度不高、功能受限等弊端。

3.     创新的裂纹扩展算法

•   材料在极限条件下力学行为的预测，裂纹扩展、碎裂、层裂以及碎片云的数值模拟是极其关键的一个环节，也是当前商业软件的痛点。现有的裂纹扩展算法，包括内聚单元法（cohesive zone model）、单元删除法（element erosion）以及各种失效算法（damagealgorithms），理论上是不收敛的，是网格或者离散相关的。

•   ESCAAS中采用了一种创新的裂纹扩展算法（Eigen-Fracture）。该方法是基于能量与变分原理的裂纹尖端扩展算法，数学上可以严格的证明计算结果的收敛性，即离散越细，结果越精确。首次实现了无网格方法中基于物理的、收敛的、与离散无关的裂纹扩展预测。

4.     强热流固耦合整体求解框架

•   OTM方法可以高可信度预测材料内部的温度分布以及系统熵的变化。ESCAAS可以高可信度模拟带能量耗散的热力强耦合系统。拉格朗日无网格法与热力耦合变分原理的有机结合，为热流固耦合，固液气动态相变与多相混合提供了高效稳定、易收敛的计算方法。

•   ESCAAS采用统一的拉格朗日控制方程与基于变分原理的一般能量耗散系统的热力耦合本构更新方法，整合OTM方法与一般能量耗散系统的热力学变分法则，在考虑任意三维几何结构超大变形的同时，可高效稳定的求解固-液-气多相动态转换和混合，任意非线性材料模型以及裂纹扩展。

5.     超大规模并行计算，支持云计算

•   ESCAAS采用MPI/PThreads混合的方式对OTM方法进行了高度并行化（pOTM方法）来降低计算成本。目前，pOTM方法已成功地将OTM计算的效率超线性的提升到10⁴个计算核心。

6.     开放的软件架构，可进行深度开发定制

•   ESCAAS软件基于设计模式的软件设计与高效C++实现的有机结合，保证软件的健壮性与扩展性。ESCAAS核心算法、自主知识产权以及专业研发团队可以按用户的需求将其定制为专用的仿真平台或工具，例如超高速撞击模拟平台，锻造、焊接等工艺仿真软件，鸟撞模拟平台，流固耦合专用工具等等。