ansys13.0新功能

2013-08-14 by:CAE機械設計分析來源: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。新版本在三大領域體現(xiàn)全新價值:
更高精度和保真度:由于工程要求和設計復雜性的增加,仿真軟件必須提供更精確的結果,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引領產(chǎn)品開發(fā)邁向新的階段。通過壓縮設計周期,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—— 這已成為當今復雜經(jīng)濟環(huán)境下的勢在必行。

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

ANSYS Workbench參數(shù)化設計實例
·ANSYS DesignXplorer精度
基于響應面技術進行敏感性分析或優(yōu)化時,用戶需要確定響應面精度,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果。ANSYS DesignXplorer的新特性提高了結果的精確性。

ANSYS DesignXplorer自動自適應細分(上)和精度評估(下)
·與Microsoft Excel交互
Microsoft Excel是工程中應用最廣泛的工具之一?？梢杂脕肀４婺承┠Ｐ偷姆治鰯?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)也可以驅動優(yōu)化。

鏈接到ANSYS Workbench項目上的Microsoft Excel電子表格
流體動力學
·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。把這兩種技術融合起來,可以只在關心的局部區(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用范圍。
ANSYS FLUENT 現(xiàn)在包括了自適應尺度湍流模型(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)格質量提高計算精度。
關鍵幀的網(wǎng)格替換技術允許在一系列預先劃分好的網(wǎng)格上求解。在每個替換步,當前的求解結果插值到新的網(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中的關鍵幀網(wǎng)格替換技術是瞬態(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。它在計算梯度和曲率有改進,并且能更好的預測界面張力。

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,可以同時設置。這樣,可以在一個運動坐標系(MRF)中設置另一個MRF。這樣的例子包括轉動的風扇同時帶有振動;轉彎的汽車同時帶有輪子轉動。
在 ANSYS CFX 中,多孔介質CHT域可以分別模擬流體和固體的溫度。用戶在設置流體和固體間的換熱系數(shù)時,同時設置界面面密度。能量可以在固體域和流體域間導熱。

用MRF技術模擬的 F-1 賽車周圍流場

催化轉換器中的流體域溫度(左)和固體域溫度(右)
·優(yōu)化設計
參數(shù)化研究能幫助公司設計出更好的產(chǎn)品,或對產(chǎn)品性能有更深入的理解。在ANSYS FLUENT求解器中,集成了流體動力學的自動形狀優(yōu)化,使用梯度信息、網(wǎng)格變形技術和優(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。原始的設計采用直邊,出口流動不均勻,ANSYS FLUENT 自動形狀優(yōu)化技術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

結構力學
·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)結構分析和瞬態(tài)結構分析中設置,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)旋轉擴展為360度的結果
·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應力模態(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版本的基礎技術被稱為線性攝動技術,該技術已經(jīng)在核心求解器中開發(fā)出來,ANSYS Workbench的用戶可以使用。該技術與以前計算非線性預應力模態(tài)分析(PSOLVE和其他APDL命令為基礎)方法有本質的不同。
預應力模態(tài)分析和非線性分析的設置,除選擇時間步長外,基本上是一樣的。

多分析點的預應力模態(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,結構用拉格朗日法處理。兩部分之間的相互作用稱為歐拉-拉格朗日耦合,或流體結構交互作用(FSI)。耦合方法用于處理同一個問題的結構、流體兩部分的相互作用。
對于可以使用ANSYS顯式動力學求解器的用戶而言,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結構用戶而言,模型定義與隱式分析十分相似,容易學習和使用。

容器中的液體晃動
·變分技術(VI)
變分技術(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。
變分技術還可以用于瞬態(tài)熱分析和參數(shù)化設計,這些功能在早期版本中已經(jīng)引入。

VT諧響應分析計算速度更快
·3-D網(wǎng)格重劃分
該獨特功能主要用于ANSYS非線性材料的結構力學分析,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,扭曲的低質量網(wǎng)格可能會阻止在整個載荷范圍內(nèi)得到計算結果。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。使分析結果達到精度要求。

3-D網(wǎng)格重劃分
·剛體動力學 3D廣義接觸
ANSYS 13.0的剛體動力學支持3-D廣義接觸分析。接觸檢測自動執(zhí)行,如同其他任何結構分析一樣,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力和相對運動,而混合剛柔方法對確定機械裝置中某一零件的應力變化是必要的,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立剛柔模型。用戶只需簡單地指定哪些零件是柔性體,哪些是剛性體。ANSYS剛體動力學模塊用于計算機械裝置中各結構之間的相互作用。在許多機械裝置中,部件運動很多都是由接觸驅動的,如凸輪驅動機構。
運動學功能目前可在大部分ANSYS結構力學求解器中實現(xiàn)。

凸輪桿剛體動力學分析(上) 汽車懸掛系統(tǒng)柔體動力學分析(下)
·設計評價體系
ANSYS 13.0新開發(fā)了一個設計評估分析系統(tǒng),與ANSYS結構力學產(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)。
設計評價系統(tǒng)使用定制腳本實現(xiàn)上游計算結果的選擇和組合,以及后續(xù)的結果評價。它允許用戶使用相關屬性(可能是幾何屬性,但不是必須的),進行項目分析定制。定制結果可以由一個腳本產(chǎn)生,保存在設計評估體系中,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)結構分析中。ANSYS BEAMCHECK和ANSYS FATJACK產(chǎn)品可以支持預定義腳本接口。

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
·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),使用了非結構化網(wǎng)格,能夠精確對復雜幾何進行求解。

利用HFSS應用瞬態(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)。來自不同學科的工程師共同設計一個產(chǎn)品,常常使用不同的工具。CFD分析工作往往需要與結構分析工作交換數(shù)據(jù)。例如,CFD壓力作用在結構模型上。
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和結構),并以直接簡單的方式交換模型數(shù)據(jù)。它還提供導入第三方應用程序的數(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。用戶可以定義導入數(shù)據(jù)的單位,使導入數(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-結構耦合分析
通過將Maxwell和ANSYS Mechanical求解器在ANSYS Workbench下整合,ANSYS 13.0提高了電磁-結構耦合分析能力。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構網(wǎng)格上,使結構分析包含電磁力密度。這一新功能幫助用戶進行各種電磁-結構耦合分析,比如電動機、變壓器和超導電磁體等。整個求解過程參數(shù)化,可以簡單快速地對各種設計參數(shù)模型進行分析評價。

混合動力汽車結構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構網(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)性的任務組成,任務之間通過各種活動連接,這些活動將保證仿真任務能夠順利完成。組成仿真流程的任務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。