ansys13.0新功能

2013-08-14 by:CAE機械設(shè)計分析來源:仿真在線

ansys13.0新功能

蘊含了一系列最新和最先進功能的ANSYS 13.0,憑借高可信度的仿真結(jié)果,幫助客戶更快速、便捷和低成本地開發(fā)新產(chǎn)品。新版本在三大領(lǐng)域體現(xiàn)全新價值:
更高精度和保真度:由于工程要求和設(shè)計復(fù)雜性的增加,仿真軟件必須提供更精確的結(jié)果,能夠真實反映隨時間變化的運行條件。
更高生產(chǎn)力:ANSYS 13.0版本包含的幾十種功能特性,最大限度地減少產(chǎn)品開發(fā)團隊在仿真過程中所需投入的時間和精力。
更高計算能力:對于一些工程仿真,ANSYS 13.0的速度是先前版本5至10倍。即使是復(fù)雜的多物理場仿真,也能更迅速和有效地完成,加快產(chǎn)品開發(fā)和市場投放。
基于ANSYS先前的版本,ANSYS 13.0繼續(xù)發(fā)展智能工程仿真技術(shù)引領(lǐng)產(chǎn)品開發(fā)邁向新的階段。通過壓縮設(shè)計周期,優(yōu)化產(chǎn)品多物理場性能,最大限度提高仿真模型精度和自動化仿真過程的,ANSYS令創(chuàng)新性產(chǎn)品的問市更快速和便捷—— 這已成為當今復(fù)雜經(jīng)濟環(huán)境下的勢在必行。

ANSYS Workbench Framework
流體動力學(xué)
結(jié)構(gòu)力學(xué)
電磁
多物理場
仿真數(shù)據(jù)和過程管理
ANSYS Workbench Framework
·改進的多設(shè)計點評估
產(chǎn)品工程師可以利用改進的多設(shè)計點評估功能減少時間消耗和計算機資源。更新一個設(shè)計點后,只有那些受到項目變更影響的設(shè)計點會被標記為過時。

ANSYS Workbench參數(shù)化設(shè)計實例
·ANSYS DesignXplorer精度
基于響應(yīng)面技術(shù)進行敏感性分析或優(yōu)化時,用戶需要確定響應(yīng)面精度,因此需要有一個值得信任的近似方法,以便從敏感性分析中提取有意義的結(jié)果。ANSYS DesignXplorer的新特性提高了結(jié)果的精確性。

ANSYS DesignXplorer自動自適應(yīng)細分(上)和精度評估(下)
·與Microsoft Excel交互
Microsoft Excel是工程中應(yīng)用最廣泛的工具之一。可以用來保存某些模型的分析數(shù)據(jù),也可以用來定義三維CAD模型的參數(shù)。ANSYS 13.0中,ANSYS Workbench平臺可以和Microsoft Excel電子表格進行交互操作,提高工作效率。
Microsoft Excel程序可集成在ANSYS Workbench的組件系統(tǒng)中作為參數(shù)設(shè)置欄,與ANSYS DesignXplorer交換參數(shù),可在Excel中標記參數(shù)名稱和使用范圍。Excel可用作ANSYS Workbench項目的一個求解器,基于Excel計算的參數(shù)也可以驅(qū)動優(yōu)化。

鏈接到ANSYS Workbench項目上的Microsoft Excel電子表格
流體動力學(xué)
·湍流模型
ANSYS 13.0 包括許多新的改進湍流模型,能夠更精確的捕捉物理現(xiàn)象。
嵌入式大渦模擬功能允許在部分流體域使用大渦模擬,而其他部分使用雷諾平均的湍流模型。因為大渦模擬消耗資源大,而基于雷諾平均的湍流模型計算快速。把這兩種技術(shù)融合起來,可以只在關(guān)心的局部區(qū)域使用大渦模擬,在保證精度的前提下加速計算速度。
ANSYS CFX 中一個關(guān)鍵的附加湍流模型是有邊界的中心差分離散格式(BCD),可以避免非物理的振蕩。這種振蕩在諸如 LES/DES/SAS等尺度解析時有時會出現(xiàn)。
在ANSYS FLUENT中增加了適用于多相流的k-omega模型。這項功能擴展了兩方程湍流模型的應(yīng)用范圍。
ANSYS FLUENT 現(xiàn)在包括了自適應(yīng)尺度湍流模型(SAS),這是一種非穩(wěn)態(tài)的雷諾平均方法,能快速精確的模擬分離流動現(xiàn)象。

嵌入式大渦模擬計算的充分發(fā)展管流

非物理振蕩(左)能用BCD格式模擬(右)

使用SAS模擬的F-1 賽車輪胎后的尾跡區(qū)域

·網(wǎng)格替換和重劃分
這個新功能可以用更好的網(wǎng)格質(zhì)量提高計算精度。
關(guān)鍵幀的網(wǎng)格替換技術(shù)允許在一系列預(yù)先劃分好的網(wǎng)格上求解。在每個替換步,當前的求解結(jié)果插值到新的網(wǎng)格上。要替換的網(wǎng)格必須是相同的拓撲域,網(wǎng)格在替換時可以光順?？梢杂脛泳W(wǎng)格事件來定義網(wǎng)格替換的時間和文件名。ANSYS FLUENT中的關(guān)鍵幀網(wǎng)格替換技術(shù)是瞬態(tài)動網(wǎng)格求解時的內(nèi)嵌選項。
ANSYS 13.0 中新增的直角笛卡爾網(wǎng)格重劃分功能可以增加精度。直角笛卡爾網(wǎng)格重劃分功能在重劃分整個區(qū)域時不考慮相鄰區(qū)域的一致性連接關(guān)系。允許不借助前處理,能方便的從四面體網(wǎng)格替換到直角笛卡爾網(wǎng)格。

內(nèi)燃機模擬中的網(wǎng)格替換

內(nèi)燃機模擬中的直角笛卡爾網(wǎng)格重劃分
·多相流
ANSYS 13.0 增加了一些多相流模型,能滿足用戶更多的需求,并提供了更大的可信度和精度。
新的歐拉成核沸騰模型,允許模擬壁面的過冷沸騰,包括非平衡過冷沸騰和過熱蒸發(fā)。
增加了可壓縮的離散格式,這種格式對瞬態(tài)分析更快速,結(jié)果和標準的VOF格式類似。
對拉格朗日多相流,DDPM模型中增加了堆積極限選項,避免出現(xiàn)超過極限的堆積。這個選項可以模擬懸浮、流化床,也可以模擬多尺度顆粒系統(tǒng)。
ANSYS FLUENT 軟件中的噴霧破碎模型中增加了Kelvin–Helmholt-Rayleigh–Taylor (KHRT)破碎模型。這是一種高韋伯數(shù)下模擬一次破碎和二次破碎的高級模型。
新的耦合多級方法是可替代VOF方法模擬界面的技術(shù)。它在計算梯度和曲率有改進,并且能更好的預(yù)測界面張力。

核燃料棒周圍的蒸汽體積分數(shù)

DDPM中用堆積極限模擬的沙子堆積

幾種破碎模型和實驗值的比較
·固體運動和固體溫度
ANSYS 13.0 增加了幾種提高可信度和精度的方法。
在 ANSYS FLUENT 中,參考坐標系和動網(wǎng)格方法是相互獨立的,可以同時設(shè)置。這樣,可以在一個運動坐標系(MRF)中設(shè)置另一個MRF。這樣的例子包括轉(zhuǎn)動的風(fēng)扇同時帶有振動;轉(zhuǎn)彎的汽車同時帶有輪子轉(zhuǎn)動。
在 ANSYS CFX 中,多孔介質(zhì)CHT域可以分別模擬流體和固體的溫度。用戶在設(shè)置流體和固體間的換熱系數(shù)時,同時設(shè)置界面面密度。能量可以在固體域和流體域間導(dǎo)熱。

用MRF技術(shù)模擬的 F-1 賽車周圍流場

催化轉(zhuǎn)換器中的流體域溫度(左)和固體域溫度(右)
·優(yōu)化設(shè)計
參數(shù)化研究能幫助公司設(shè)計出更好的產(chǎn)品,或?qū)Ξa(chǎn)品性能有更深入的理解。在ANSYS FLUENT求解器中,集成了流體動力學(xué)的自動形狀優(yōu)化,使用梯度信息、網(wǎng)格變形技術(shù)和優(yōu)化算法。例如,指定一個管道出口的流速達到最均勻,管道形狀就可以自動確定出來。原始的設(shè)計采用直邊,出口流動不均勻,ANSYS FLUENT 自動形狀優(yōu)化技術(shù)可以給出曲線的形狀,以得到更均勻的出口速度分布。

自動形狀優(yōu)化

結(jié)構(gòu)力學(xué)
·梁和殼
為幾何面定義可變厚度:可制定所選擇面的厚度,不同的厚度可通過表格或函數(shù)定義。
邊緣可視化增強:用于檢查幾何和網(wǎng)格邊緣連接的能力得到提升。
網(wǎng)格連接:對于沒有共享拓撲連接關(guān)系的多體部件,可手動或自動地進行相鄰面體網(wǎng)格邊界的連接。
線體端點自由度釋放:相交的線體可以在頂點和相關(guān)的棱邊之間釋放自由度。
剪力彎矩圖表:圖表同時顯示剪力、彎矩和位移分布等線體結(jié)果。

沿梁模型長度方向顯示剪切-彎矩圖

·非線性仿真的重啟動
ANSYS Workbench平臺為復(fù)雜的非線性仿真計算提供易于使用的解決方案。ANSYS 13.0引入了非線性分析中的重啟動功能。
例如,因為收斂問題或用戶需要檢查中間結(jié)果,求解器停止,整個求解過程不再需要從頭到尾再重新計算。
重啟動分析和重啟動控制可以在靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析和瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析中設(shè)置,該功能可在諸如時間步長改變等多種條件下進行。分析任務(wù)可以在本地、RSM和分布式求解過程中中斷和重啟動。

重啟動點的設(shè)置
·循環(huán)對稱性分析
汽輪機行業(yè)的許多公司都要求周期對稱性分析功能。多年來,ANSYS已經(jīng)可以只用計算模型的一個扇區(qū)來完成整個循環(huán)對稱模型的計算。ANSYS 13.0進一步擴展了Mechanical中的這個功能。

單個扇區(qū)旋轉(zhuǎn)擴展為360度的結(jié)果
·非線性模擬
ANSYS 13.0可以計算在任何一個線性或非線性載荷步下的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。在以前的版本中,模態(tài)分析只能計算線性狀態(tài)(特征向量和頻率)。
13.0版本的基礎(chǔ)技術(shù)被稱為線性攝動技術(shù),該技術(shù)已經(jīng)在核心求解器中開發(fā)出來,ANSYS Workbench的用戶可以使用。該技術(shù)與以前計算非線性預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析(PSOLVE和其他APDL命令為基礎(chǔ))方法有本質(zhì)的不同。
預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析和非線性分析的設(shè)置,除選擇時間步長外,基本上是一樣的。

多分析點的預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析
·緊密流固耦合(FSI)
為了精確地模擬液體和固體之間的相互作用,有兩種不同的方法,即仿真過程中緊密耦合和直接交流數(shù)據(jù)。液體和氣體最好使用歐拉法處理,結(jié)構(gòu)用拉格朗日法處理。兩部分之間的相互作用稱為歐拉-拉格朗日耦合,或流體結(jié)構(gòu)交互作用(FSI)。耦合方法用于處理同一個問題的結(jié)構(gòu)、流體兩部分的相互作用。
對于可以使用ANSYS顯式動力學(xué)求解器的用戶而言,FSI計算現(xiàn)在只需點擊一下鼠標。用戶指定問題的流體部分為歐拉,虛擬歐拉域自動創(chuàng)建。對于使用ANSYS Workbench環(huán)境的ANSYS結(jié)構(gòu)用戶而言,模型定義與隱式分析十分相似,容易學(xué)習(xí)和使用。

容器中的液體晃動
·變分技術(shù)(VI)
變分技術(shù)(VT)是一種使計算模擬更快捷的創(chuàng)新方法,在ANSYS 13.0中擴展到循環(huán)對稱問題的模態(tài)計算和掃頻分析。
這類問題的典型加速比為5到10,如果計算更多步的頻域分析或更多對稱面的循環(huán)對稱分析,加速比會更高。
變分技術(shù)還可以用于瞬態(tài)熱分析和參數(shù)化設(shè)計,這些功能在早期版本中已經(jīng)引入。

VT諧響應(yīng)分析計算速度更快
·3-D網(wǎng)格重劃分
該獨特功能主要用于ANSYS非線性材料的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析,這些材料表現(xiàn)出極度的形狀變形,如塑料、橡膠和泡沫。
當遇到非常大的變形時,扭曲的低質(zhì)量網(wǎng)格可能會阻止在整個載荷范圍內(nèi)得到計算結(jié)果。在這種情況下,仿真分析需要暫停,重新劃分網(wǎng)格,將接觸狀態(tài)、材料屬性、載荷和邊界條件等求解參數(shù)重新映射到新網(wǎng)格上,然后再重啟動計算。使分析結(jié)果達到精度要求。

3-D網(wǎng)格重劃分
·剛體動力學(xué) 3D廣義接觸
ANSYS 13.0的剛體動力學(xué)支持3-D廣義接觸分析。接觸檢測自動執(zhí)行,如同其他任何結(jié)構(gòu)分析一樣,求解器確保正確檢測接觸狀態(tài)。
提供快速有效的方法來確定機構(gòu)力和相對運動,而混合剛?cè)岱椒▽Υ_定機械裝置中某一零件的應(yīng)力變化是必要的,該方法對疲勞壽命估計非常有用。
ANSYS Workbench平臺提供無與倫比的易用性來設(shè)立剛?cè)崮Ｐ?。用戶只需簡單地指定哪些零件是柔性體,哪些是剛性體。ANSYS剛體動力學(xué)模塊用于計算機械裝置中各結(jié)構(gòu)之間的相互作用。在許多機械裝置中,部件運動很多都是由接觸驅(qū)動的,如凸輪驅(qū)動機構(gòu)。
運動學(xué)功能目前可在大部分ANSYS結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器中實現(xiàn)。

凸輪桿剛體動力學(xué)分析(上) 汽車懸掛系統(tǒng)柔體動力學(xué)分析(下)
·設(shè)計評價體系
ANSYS 13.0新開發(fā)了一個設(shè)計評估分析系統(tǒng),與ANSYS結(jié)構(gòu)力學(xué)產(chǎn)品配合,可以基于ANSYS程序或用戶自己的程序,進行荷載組合和客戶化定制后處理(如規(guī)范校核)。
設(shè)計評價系統(tǒng)使用定制腳本實現(xiàn)上游計算結(jié)果的選擇和組合,以及后續(xù)的結(jié)果評價。它允許用戶使用相關(guān)屬性(可能是幾何屬性,但不是必須的),進行項目分析定制。定制結(jié)果可以由一個腳本產(chǎn)生,保存在設(shè)計評估體系中,能夠完全集成有限元分析后處理。腳本語言支持Python。腳本的位置,附加的屬性和結(jié)果可通過XML文件定義,該文件可以輕松地在任何文本編輯器中創(chuàng)建,然后通過系統(tǒng)設(shè)置的右鍵菜單選擇添加。
用戶可以將13.0版本此功能添加到靜態(tài)或瞬態(tài)結(jié)構(gòu)分析中。ANSYS BEAMCHECK和ANSYS FATJACK產(chǎn)品可以支持預(yù)定義腳本接口。

ANSYS BEAMCHECK評估(上)和鉸接點可視化檢查實例(下)

·使用GPU進行高性能計算
ANSYS 13.0充分利用圖形處理單元(GPUs)的雙精度通用計算能力,將復(fù)雜的數(shù)值處理算法移植到更強大的GPU顯卡上執(zhí)行。此功能已經(jīng)可以在ANSYS Mechanical和Nexxim求解器上實現(xiàn)。

電磁學(xué)
·HFSS瞬態(tài)求解器
HFSS的瞬態(tài)求解器是基于非連續(xù)Galerkin時間域方法(DGTD),使用了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,能夠精確對復(fù)雜幾何進行求解。

利用HFSS應(yīng)用瞬態(tài)性能:電磁干擾研究(左)和雷擊(右)

·混合方程求解
ANSYS 13.0為高頻電磁求解引入了首個商業(yè)化程序,這個程序使用有限元方法(FEM)和積分方程(IE)方法進行混合求解。

風(fēng)渦輪的雷達截面
·HSPICE的整合
流行的電路仿真軟件,Synopsys?的HSPICE ?與ANSYS Designer軟件進行了整合,它提供了一個強大的用戶界面,用于與電磁軟件HFSS和SIwave進行連接。

Ansoft Designer,連接HSPICE和HFSS

多物理場
·外部數(shù)據(jù)映射
ANSYS致力于仿真驅(qū)動產(chǎn)品研發(fā),面對現(xiàn)實世界的商業(yè)挑戰(zhàn)。來自不同學(xué)科的工程師共同設(shè)計一個產(chǎn)品,常常使用不同的工具。CFD分析工作往往需要與結(jié)構(gòu)分析工作交換數(shù)據(jù)。例如,CFD壓力作用在結(jié)構(gòu)模型上。
ANSYS 13.0開發(fā)了一個全新的外部數(shù)據(jù)映射器,映射器將文本方式的外部數(shù)據(jù)文件定義為“點云”,并將數(shù)據(jù)投影到當前的網(wǎng)格上。外部數(shù)據(jù)映射器面對不同類型用戶的數(shù)據(jù)(如CFD和結(jié)構(gòu)),并以直接簡單的方式交換模型數(shù)據(jù)。它還提供導(dǎo)入第三方應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)的功能。體積溫度、表面壓力、傳熱系數(shù)等可以很容易地映射到新的分析模型上。用戶可以定義導(dǎo)入數(shù)據(jù)的單位,使導(dǎo)入數(shù)據(jù)單位與分析的模型單位一致。映射器還具有顯示控制功能,讓用戶確認點云映射與模型相一致。數(shù)據(jù)映射可以是從3-D到3-D幾何,也可以是從2-D到3-D幾何。

點云的渦輪葉片溫度插值
·電磁-結(jié)構(gòu)耦合分析
通過將Maxwell和ANSYS Mechanical求解器在ANSYS Workbench下整合,ANSYS 13.0提高了電磁-結(jié)構(gòu)耦合分析能力。在ANSYS Workbench環(huán)境中,Maxwell求解器將電磁力密度傳遞給ANSYS Mechanical求解器。電磁力載荷自動從電磁網(wǎng)格映射到與之不同的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上,使結(jié)構(gòu)分析包含電磁力密度。這一新功能幫助用戶進行各種電磁-結(jié)構(gòu)耦合分析,比如電動機、變壓器和超導(dǎo)電磁體等。整個求解過程參數(shù)化,可以簡單快速地對各種設(shè)計參數(shù)模型進行分析評價。

混合動力汽車結(jié)構(gòu)電機定子的電磁耦合分析
·電磁-熱耦合分析
通過將HFSS和ANSYS Mechanical求解器在ANSYS Workbench下整合,ANSYS 13.0提高了電磁-熱耦合分析能力。HFSS求解器將電磁損耗傳遞給ANSYS Mechanical求解器。面損耗和體積損耗都被自動從電磁網(wǎng)格自動映射到與之不同的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上,使熱分析包含電磁熱損耗。這一新功能幫助用戶計算各種RF和微波元件的溫度分布。整個求解過程參數(shù)化,可以簡單快速地對各種設(shè)計參數(shù)模型進行分析評價。

高功率連接器的電磁熱耦合分析
仿真數(shù)據(jù)和過程管理
仿真工作流程或過程一般由很多連續(xù)性的任務(wù)組成,任務(wù)之間通過各種活動連接,這些活動將保證仿真任務(wù)能夠順利完成。組成仿真流程的任務(wù)可以被分配到仿真專家團隊或機器資源,如集群機。
ANSYS工程知識管理平臺(ANSYS EKM)處理此類CAE技術(shù)性的協(xié)同工作流程非常有效。ANSYS 13.0中的全新模塊ANSYS EKM Studio能夠定義仿真工作流程和過程,ANSYS EKM的流程執(zhí)行引擎能夠讓仿真流程和過程以用戶友好的方式執(zhí)行。同時,EKM能夠自動捕獲仿真流程執(zhí)行過程中的各種相關(guān)信息、輸入輸出等,這對于仿真流程校核和審核將十分有價值。