ANSYS 11.0 reprezintă cea mai nouă îmbunătăţire a portofoliului tehnologiilor de simulare, oferind instrumente şi capabilităţi ce permit utilizatorului finalizarea mult mai eficientă a proiectelor.

Soluţiile ANSYS (analize multifizice, optimizare, instrumente de discretizare şi dinamică a sistemelor) reprezintă o continuare a angajamentului, asumat de către ANSYS Inc. în urmă cu decenii, de a furniza clienţilor cele mai performante produse CAE.

ANSYS 11.0 include modificări semnificative ce presupun un grad mai ridicat de integrare în platforma Workbench. Printre acestea se regăsesc:

• cele mai performante tehnologii de soluţionare
• analize în câmp cuplat pentru simulări complexe integrate
• tehnologii de discretizare integrate şi adaptate pentru diferitele tipuri de analize sau metode de soluţionare
• soluţii simple şi economice de rezolvare a problemelor ce presupun utilizarea fişierelor de dimensiuni mari
• tehnologii CFD de ultimă generaţie

Obiectivul dezvoltării unor programe dedicate, cum sunt cele din familia ANSYS, este acela de a furniza clientilor cele mai avansate şi mai compacte soluţii de simulare disponibile în industrie. În cele ce urmează sunt prezentate trăsăturile esenţiale ale noilor tehnologii încorporate în versiunea ANSYS 11.0, ce au drept scop creşterea productivităţii în utilizare şi care vor permite totodată clienţilor continuarea extinderii rolului simulărilor în procesul de dezvoltare al produsului.

Tehnologie variaţională pentru creşterea vitezei de soluţionare

Cea de-a doua implementare a tehnologiei variaţionale în ANSYS scade timpul de soluţionare şi a fost aplicată pentru două tipuri de probleme matematice: soluţionare neliniară pentru analize structurale sau termice şi pentru analizele armonice. Aceste capabilităţi sunt denumite VTA (Varitional Technology Accelerator) şi au capacitatea de a scădea timpul soluţionării initiale de 2 pană la 5 ori, în funcţie de platforma hardware, de modelul analizat precum şi de tipul analizei. VTA scade timpul de resoluţionare de 3 pana la 10 ori, pentru schimbările de parametrii, permiţând realizarea eficientă a studiilor bazate pe modificarea parametrilor, pentru anlize neliniare şi tranzitorii. Utilizatorii pot face următoarele tipuri de modificări asupra modelului inaintea resoluţionării cu VTA:

• modificarea, adăugarea sau ştergerea incărcărilor (constrângerile nu pot fi schimbate, decât valoarea lor poate fi modificată)
• modificarea materialelor sau a proprietatilor de material
• modificarea secţiunii şi a constantelor reale
• modificarea geometriei, chiar dacă conectivitatea reţelei de elemente trebuie să ramană neschimbată (trebuie apoi folosita funcţia "mesh morphing")

În versiunea 11.0, VTA îmbunătăţeşte soluţionarea următoarelor tipuri de aplicaţii neliniare:

• analize structurale neliniare statice sau tranzitorii ce nu implică contact sau plasticitate
• analize termice neliniare statice sau tranzitorii

Modificarea reţelei de elemente finite (Mesh Morphing)

Deoarece lucrează cu reţeaua de elemente finite şi nu cu modelul solid, ANSYS Mesh Morpher (AMM) permite parametrizarea modelelor CAD, şi acceptă geometrii neparametrice cum ar fi IGES, STEP sau fişiere ANSYS .cdb, ce conţin reţeaua de elemente. De asemenea, este posibilă citirea cu ANSYS FE Modeler a unui fişier ce conţine reţeaua de elemente finite şi apoi crearea unei configuratii iniţiale in vederea “sintetizării geometriei” pornind de la reţeaua de elemente finite existentă. In versiunea ANSYS 11.0, AMM permite patru transformări: translaţia unei suprafeţe, offset-area unei suprafete, translaţia unei muchii şi offset-area unei muchii. Folosind aceste transformări pot fi create o varietate de configuraţii. De exemplu, offset-area unei suprafeţe cilindrice este echivalentă cu schimbarea razei. Aceste translaţii fixează configuraţiile “ţintă” şi definesc automat parametrii transformarii.

Optimizare

Programul ANSYS DesignXplorer integrează o suită nouă şi foarte avansată de instrumente DOE (Design Of Experiments). Punctele ADP (Automatic Design Points) pot fi create prin cele două metode: CCD (Central Composite Design) sau OSF (Optimal Space-Filling). Prima metodă, CCD, generează un set DOE tradiţional, în timp ce metoda OSF are ca princpipal scop obţinerea rezultatelor optime folosind un număr cât mai mic de puncte. Noile meta-modele pot furniza cu acurateţe ridicată rezultate neliniare foarte complexe cum sunt, de exemplu, cele intâlnite in analizele CFD sau în cele ale structurilor. În urma unei selecţii predefinite, ANSYS DesignXplorer furnizează patru meta-modele diferite în scopul obţinerii rezultatelor simulării: FSOP (Full Second-Order Polynimial), Kriging - cu cele două varinate ale sale: Kriging simplu şi RBF (Radial Basis Function), NPR (Non-Parametric Regression) şi NN (Neutral Network).

Odata ce rezultatele simulării au fost descrise, ANSYS DesignXplorer furnizează trei tipuri de algoritmi de optimizare, şi anume: Screening (Hammersley modificat), MOGA (Multi-Object Generic-Algorithm) şi NLPQL (Nonliniar Sequential Quadratic Programming). In versiunea 11.0, ANSYS DesignXplorer oferă o suită întreagă de modele şi secvenţe de optimizare ce se adresează unei game foarte largi de aplicaţii.

Interactiunea fluid-solid (FSI)

Integrarea tehnologiilor ANSYS şi ANSYS CFX în Workbench reprezintă un alt succes. Începand cu versiunea 11.0 utilizatorii vor putea să preproceseze, să rezolve şi să postproceseze în ANSYS Workbench aplicaţii FSI. Această versiune furnizează de asemenea şi un instrument singular de post-procesare. ANSYS Workbench reduce semnificativ timpul necesar obţinerii unor soluţii complexe rezultate în urma fenomenelor multifizice.

Utilizând FSI, se poate realiza o analiză a tensiunilor rezultate în urma unui fenomen termic chiar în ANSYS Workbench. Pentru galeria de evacuare a gazelor prezentată în figura de mai sus, sarcinile termice au fost trecute din ANSYS CFX în ANSYS Mechanical, în vederea determinării transferului de căldură dintre fluid şi corpul solid. Utilizând acest rezultat, utilizatorul va determina tesiunile şi în cele din urmă va putea efectua o analiză de oboseala.

Tehnologia GGI (General Grid Interface) integrataă în programul ANSYS CFX a fost folosită în vederea transmiterii sarcinilor FSI între ANSYS şi ANSYS CFX. Robusteţea şi acurateţea tuturor soluţiilor FSI au fost îmbunătăţite. Dezvoltarea tehnologiei interfeţei de transfer a sarcinilor este cu siguranţă unul dintre multele succese obţinute ca urmare a lucrului în echipă a expertilor FEA şi CFD, deoarece aceştia au putut beneficia cu toţii de cele mai noi tehnologii.

Solutia TSV (TurboSystem Vertical Solution)

Mediul Workbench integrează un sistem de proiectare şi de analiză ce face legatura cu toate elementele procesului de proiectare a maşinilor rotative. ANSYS Workbench reprezintă acea platformă ce integrează capabilităţi pentru analize foarte avansate şi permite proiectanţilor modelarea maşinilor rotative, ca de exemplu: pompe, compresoare, ventilatoare, turbine sau turbocompresoare. Integrarea soluţiilor ANSYS în procesul de proiectare poate economisii săptămâni de lucru prin eliminarea timpilor alocaţi transferului manual al fişierelor, a translatării rezultatelor şi a re-analizarii.

Primul pas în procesul de proiectare al turbomaşinior este acela de a obţine o schiţă iniţială folosind programul iniţial de dimensionare, şi precizând criteriile de performanţă precum şi constrângerile de mărime. Compania PCA Engineers Limited furnizează un program specializat în stabilirea initială a dimensiunilor pentru compresoare centrifugale şi pentru pompe, program ce a fost inclus în ANSYS BladeModeler începând cu versiunea 11.0. Vista-CC Design este un program de proiectare rapidă care – atunci când sunt specificate: cantitatea de fluid utilizată de compresor, presiunea şi constrângerile geometrice – configureaza scantlings ale compresorului, vane de alimentare (vane inlet) şi unghiurile de evacuare şi triunghiul vitezelor. Deasemenea, furnizează şi parametrii de performanţă non-dimensionali esenţiali, cum sunt de exemplu viteza specifică şi rata specifică de curgere, în baza cărora pot fi luate deciziile de proiectare.

Soluţia ANSYS TurboSystem furnizează instruente pentru proiectarea şi simularea unei game largi de maşini rotative, integrate în mediul Workbench.

Includerea instrumentelor de dimensionare, de generare automată a reţelei de elemente finite, de generare automată a rapoartelor contribuie la obţinerea unui sistem de proiectare şi de analiză bazat pe simulare ceea ce va permite utilizatorilor dezvoltarea unor turbomaşini superioare.

Tehnologii de discretizare integrate

Versiunea 11.0 a programului ANSYS oferă utilizatorului multe exemple privind integrarea tehnologiei de discretizare şi furnizează metode de discretizare ce ţin cont de condiţiile pentru care se realizează fiecare simulare în parte, metode ce permit adaptarea reţelei de elemente finite pentru analize mecanice, electromagnetice, CFD sau analize dinamice explicite. Cele mai avansate tehnologii de discretizare de la ANSYS, ANSYS ICEM CFD şi ANSYS CFX au fost integrate cu succes în mediul Workbench în scopul dezvoltării diferiţilor algoritmi, pentru putea furniza utilizatorului soluţii de discretizare avansate, puternice şi flexibile.

Au fost adăugate noi metode de discretizare pentru obţinerea unei reţele de elemente finite uniforme. Aceste metode presupun un control foarte bun chiar şi asupra celor mai mici muchii, aşa cum este necesar în cazul analizelor dinamice explicite.

Utilizând conceptul DPF (Defined Physics Filter) pot fi definite automat diverse setări, cum sunt de exemplu: mărimea globală a elementelor, modul de tranziţie al acestora, gradul de uniformitate al reţelei de elemente, viteza de realizare a discretizării, calitatea reţelei de elemente finite precum şi gradul de rafinare al acesteia pentru dimensiuni mici sau pentru curbe. Sunt de asemenea disponibile setări avansate, definite de utilizator, în vederea folosirii lor în procesul de discretizare, atunci cand acest lucru este necesar. Discretizarea inteligentă permite chiar şi unui începător obţinerea unei reţele de elemente finite de calitate, potrivită pentru condiţiile definite, fiind prevăzute şi setări adiţionale adaptabile ce îmbunătăţesc viteza de soluţionare sau/şi acurateţea soluţiei. Multiplele metode de discretizare, disponibile prin intermediul opţiunilor avasate, permit de asemenea şi realizarea unui back-up al discretizării, în vederea îmbunătăţirii generale a soluţiei de discretizare.

Sunt disponibile opţiuni pentru discretizarea cu prisme a acelor zone de importanţă fundamentală în procesul de simulare. Acestea permit utilizatorilor CFD să determine stratul limită şi să realizeze o discretizare structurată a acestuia iar utilizatorilor FEA să creeze, in zonele de interes maxim, o reţea de elemente finite ortogonală, acestea crescând cu mult acurateţea rezultatelor simulării.

În versiunea 11.0 a fost implementată o structură a datelor de discretizare ce aduce o mai mare flexibiliatate în interacţiunea cu celelalte aplicaţii integrate în mediul ANSYS Workbench, permitand o comunicare bi-direcţională îmbunătăţită în ceea ce priveşte interacţiunea dintre solvere (FSI, implicit/explicit, etc) precum şi o mai bună accesibilitate a procesului de discretizare (sintetizarea geometriei, discretizare avansată). Această structurare a datelor de discretizare furnizează de asemenea o metoda pentru integrarea în ANSYS Workbench a instrumentelor de generare a reţelei de elemente finite.

Un element de noutate în ceea ce priveşte tehnologia ANSYS ICEM CFD şi AI*Environment 11.0 este aşa-numitul instrument “multi-zone” de discretizare a volumelor, care se adresează cu precădere aplicaţiilor ce studiază aerodinamica externă. Acest nou instrument aduce mai multă flexibilitate şi permite un mai bun control al discretizării structurate, astfel încât aceasta devine aproape la fel de usor de obţinut ca şi una nestructurată. Instrumentul semi-automat de discretizare “multi-zone” permite utilizatorului un control total asupra caracteristicilor reţelei de elemente finite atât pe suprafete cât şi pe volume. Pentru straturile limită se foloseşte discretizarea structurată (cu hexaedre), tranziţia făcându-se cu elemente tip tetraedru sau, acolo unde este posibil, predominant cu hexaedre (hex dominat/core). Această flexibilitate a realizării unei discretizări structurate dă utilizatorului libertatea de a crea o astfel de reţea în cele mai importante zone ale modelului, obţinând în acelaşi timp o discretizare automată de calitate înaltă şi în zonele mai puţin importante ale modelului.

Poate că încă vă intrebati dacă, folosind ANSYS ICEM CDF / AI*Environment, modelul dumneavoastră necesită o discretizare automată, cu tetraedre sau din contră o discretizare structurata, cu hexaedre, ce în mod normal consuma mai mult timp. Este la alegerea utilizatorului dacă va folosi un algoritm cartezian, ce vă duce la o discretizare structurată, cu hexaedre, deoarece noile metode permit obţinerea unei discretizări structurate chiar în mai puţin timp decât folosind metodele tradiţionale de discretizare cu tetraedre. Există de asemenea posibiliatatea obţinerii unei reţele de elemente finite hibride, cu tetraedre şi piramide, în vederea reducerii constrângerilor motorului de discretizare, fiind posibilă astfel folosirea unor metode mai simple de editare a reţelei de elemente obţinute. Uniformitatea reţelei de elemente finite rezultate în urma discretizării cu hexaedre în ANSYS ICEM CDF / AI*Environment, fac în aşa fel încât modelele să fie perfecte pentru analizele la impact explicite sau pentru orice alte simulari pentru care discretizarea structurată are o importanţă foarte mare.

Utilizand noul algoritm de discretizare structurată din ANSYS 11.0, utilizatorul poate genera o reţea de elemente finite numai cu hexaedre chiar şi pentru geometriile cele mai complicate.

Analize dinamice liniare şi neliniare

Programul ANSYS 11.0 dezvoltă şi concentrează în acelaşi timp, larga sa gamă de capabilităţi structurale dinamice avansate, introducând răspunsul în frecvenţă şi istoria în timp a structurilor flexibile şi a celor dinamice deopotrivă. Utilizatorul poate alege o varietate de regimuri, începând cu cele liniare şi ajungând la cele neliniare avansate complet flexibile precum şi combinaţii pentru performanţa simulărilor.

Analize dinamice explicite

Programul ANSYS AUTODYN reprezintă un instrument unic specializat în analize explicite, fiind perfect pentru modelarea neliniarităţilor dinamice ale solidelor, fluidelor şi gazelor precum şi a interacţiunii dintre acestea. Odata cu versiunea 11.0, ANSYS AUTODYN este disponibil, pentru prima dată, ca instrument integrat al mediului Workbench. Datorita faptului că ANSYS AUTODYN a fost asociat cu instrumente ca ANSYS Meshing sau ANSYS DesignModeler, a rezultat un mediu în care pot fi luate cu rapiditate decizii bazate numai pe rezultatele furnizate de simulările dinamice explicite.

 

ANSYS AUTODYN, program specializat în analizele dinamice explicite, este de acum intergat in mediul Workbench. În simularea prezentată în figura de mai sus, mingea de golf a fost creata ca model parametric în ANSYS DesignModeler şi modelată folosind componente Lagrange hiperelastice tip “multi-layer”. Nisipul a fost modelat folosind metoda SPH (Smooth Particle Hydrodynamic) cu ANSYS AUTODYN.

Cu o interfata grafica usor de folosit şi complet integrată în ANSYS Workbench, ANSYS AUTODYN permite pre-procesarea, soluţionarea şi post-procesarea aplicaţiilor şi presupune următoarele avantaje:

• asociativitate cu geometria obţinută în programe CAD sau în ANSYS DesignModeler
• algoritmi de soluţionare prin metoda elementelor finite, specializaţi în dinamica structurală
• algoritmi de soluţionare prin metoda volumelor finite, specializaţi in analize tranzitorii CFD rapide (Computational Fluid Dymanics)
• algoritmi de soluţionare specializaţi pentru modele tip particule (SPH), discretizate automat, pentru viteze şi defomaţii mari precum şi pentru fragmentări.
• algoritmi de soluţionare specializaţi în analize în câmp cuplat, inclusiv FE, CFD şi SPH
• o largă varietate de modele de material ce conţin răspunsuri constitutive şi analize termodinamice în camp cuplat
• soluţionare serială şi paralelă
• leagătura cu sisteme parametrice CAD, cu ANSYS DesignModeler, ceea ce permite realizarea rapidă a studiilor parametrice fără a mai fi nevoie de un up-date manual al modelului.

Comunitatea ANSYS: Informaţii despre noua versiune

Utilizatorii sunt rugaţi sa acceseze informaţiile despre noua versiune urmand link-ul ANSYS Customer Portal şi totodată să viziteze ANSYS Community Forum. Aici puteţi găsi exemple detaliate precum şi ghiduri explicative pentru multe obţiuni, toate având scopul de a vă ajuta să începeţi să utilizaţi aceste tehnologii într-un mod cât mai facil.

(imagini de exemplificare prin bunăvoinţa Aavid Thermalloy, ICT Prague şi Silesian University of Technology—Institute of Thermal Technology)