Новые возможности Ansys 2020R1. WB Meshing и SpaceClaim

Новые возможности Ansys 2020R1. WB Meshing и SpaceClaim

Вашему вниманию предлагается обзорная статья по новым возможностям Meshing и SpaceClaim в свежем релизе – Ansys 2020R1.

WB Meshing

Начнем с нововведений, касающихся WB Meshing. В прошлой версии появилась возможность создания сварных швов на уровне сетки (только для оболочечных элементов; необходимо включить функцию Batch Connections), однако, ввиду скромного функционала, её применение было сильно ограничено. В новой версии появилась возможность создания швов без катетов (тип Seam). Для данного типа предлагается выбор количества слоев сетки (не более 3) и задание высоты каждого слоя. Определение швов возможно только по геометрии (Source: Geometry).

Рис.1 – Сварной шов типа Seam (2 слоя сетки).

Для сварных швов типа Seam-tent теперь имеется возможность выбора поверхностей (Extension surface и Tent surface) по геометрии (Source: Geometry). Также допускается задавать высоту смещенного слоя (Offset layer height).

Рис.2 – Сварной шов типа Seam-tent (определение по геометрии)

Сварные швы типа Seam-tent могут быть определены с помощью кривых, в роли которых выступают балки. Балка определяет длину шва и сторону, на которой он будет построен. Кроме того, при построении швов таким способом, будут созданы поверхности (Weld) в ветке Geometry, для которых нужно будет определить параметры (материал и толщину).

Отметим ряд важных особенностей, которые необходимо помнить при построении сварных швов на уровне сетки:

• Если шов определяется с помощью геометрии, а не именованных наборов, то в качестве направляющих кривых может быть выбрана только одна кривая (балка).
• Несколько направляющих кривых могут быть выбраны с использованием Worksheet.
• Созданный сеточным генератором сварной шов закрывает зазор между соединяемыми деталями.
• Тела сварных швов, созданные при построении сетки удаляются при очистке или изменении функции Weld.
• Список предварительно определенных материалов показан в разделе Material.  Выбранный материал будет назначен швам, созданным сеточным генератором.
• Значение толщины швов (Thickness) присваивается швам, созданным сеточным генератором.
• Значение функции Sharp Angle используется сеточным генератором для определения того необходимо ли объединять нижние грани, на которые будет «наброшен» сварной шов.
• Имеются 3 способа определения шва с помощью кривых:

1. Curves (пользователю необходимо определить только одну кривую (балку)).
2. Curves and Faces (пользователю необходимо задать кривую, а также верхнюю и нижнюю грани).
3. Curves and Bodies (пользователь задает кривую и тела, которые соединяются с помощью шва).

Следует отметить некоторые ограничения по моделированию сварных швов на уровне сетки:

• Сварка внахлест и сварка пересекающихся деталей не поддерживается.
• Грани, соединяемые швом на уровне сетки, должны иметь зазор между собой. Другими словами, если грани вытягиваются при обработке срединной поверхности, функция создания сварных швов на уровне сетки работать не будет.

Помимо функции построения сварных швов на уровне сетки также появилась функция восстановления геометрии (Repair Topology), которая работает только с оболочечными телами (Batch Connections должна быть активна). Данный инструмент подавляет ребра, которые снижают качество сетки.

Рис.3 – Исправление геометрии на уровне сетки

Не обошлось и без доработки методов построения сеток. Для метода Sweep (протягивание) появилась возможность применять осесимметричный алгоритм построения для секторов тел вращения. Сеточный генератор будет пытаться построить O-Grid в центре. Если вписать O-Grid не получится, то будут созданы «клиновидные» элементы в центре. Стоит помнить, что функция Contact sizing для метода Sweep с осесимметричным алгоритмом недоступна.

Рис.4 – Осесимметричная сетка для сектора тела вращения

 SpaceClaim

Геометрия

Более существенным доработкам функционала подвергся SpaceClaim.

Доработана функция автозакрытия открытых областей (Auto-Skinning) фасетной геометрии (поверхности), что упрощает процесс обратного инжиниринга:

• Повышена скорость и точность закрытия.
• Объединение основной геометрии с закрытыми областями.

Стоит отметить, что данная функция будет полезна для преобразования результатов топологической оптимизации из фасетной формы в твердотельную.

Рис.5 – Функция автораспознавания открытых областей (Auto-Skinning)

 

Изменилась функция подготовки геометрии к 3D-печати (Shrinkwrap). Размер по умолчанию уменьшен в 4 раза. Таким образом, исходная геометрия будет получена более точно без вмешательства пользователя.

Рис.6 – Сравнение результатов подготовки геометрии к печати в релизах 2019R3 и 2020R1

Улучшены инструменты для работы с решетчатыми структурами (Lattice). Добавлены два типа минимальных поверхностей (minimal surface) – поверхности Неовиуса и Лидина (Neovius, Lidinoid), для создания поддерживающих структур. Кроме того, свойство длины (Length) минимальной поверхности теперь работает корректно.

 

Рис.7 – Поверхности Неовиуса и Лидина (Neovius, Lidinoid)

Рис.8 – Определение свойства длины минимальной поверхности

Добавлены некоторые функции для работы с геометрией. Теперь имеется возможность выбора всех скруглений в заданном диапазоне (необходимо выбрать минимальный и максимальный размеры). Данная функция облегчает назначение размеров сетки, что актуально для деталей, имеющих большое количество скруглений.

Рис.9 – Выбор скруглений в заданном диапазоне размеров

Функция разделения (Split) позволяет разбивать сразу несколько ребер. Однако стоит помнить, что все ребра могут быть разделены только на одинаковое количество ребер. Данное новшество также будет полезно при построении сетки.

Рис.10 – Разбиение каждого из трех ребер на 2 ребра.

Для элементов идеализации добавлены новые типы: Pipe и Thermal Fluid, которые могут быть перенесены в ANSYS Mechanical. Элемент Truss переименован в Link/Truss для соответствия с ANSYS Mechanical.

Доступен экспорт данных во Fluent 2020R1 в формате PMDB (ANSYS Part Manager Files). PMDB также предоставляет возможность экспорта данных из SCDM формата для решения на других платформах (например, Linux).

Добавлен функционал записи скриптов для выбора границ (Boundary), подавления поверхностей (Hide), определения толщины поверхностей (Thickness).

SpaceClaim Mesh

Отдельно хочется отметить доработку сеточного генератора, т.к. построение блочной структурированной сетки в ICEM CFD у многих пользователей вызывает трудности, а встроенный сеточный генератор есть не у всех. В новой версии имеется возможность передачи сетки во Fluent (также возможна передача на уровне проекта WB).

Рис.11 – Передача сетки из SpaceClaim

Рис.12 – Передача сетки на уровне проекта WB

Сеточную модель также можно сохранять в следующих форматах:

• ANSYS (*.inp).
• CGNS (*.cgns).
• LS-DYNA (*.k).
• Fluent (*.msh).

При создании сгущения сетки в пограничных слоях появилась возможность задавать высоту слоя и отношение высот слоев (Height and ratio). Данный функционал расширят в следующих версиях.

Рис.13 – Применение функции Height and ratio для построения пограничных слоев

Добавлена функция построения полуструктурированной сетки (Semi-Mapped mesh). Данный тип используется для реализации перехода между структурированной и неструктурированной сеткой вдоль одного направления при сохранении полностью структурированной сетки вдоль другого. Используется переход типа C-Grid и дальнейшее разбиение не требуется.

Рис.14 – Построение полуструктурированной сетки

Для записи скриптов доступны следующие разделы:

• Add tool.
• Delete tool.
• Split tool.
• Merge tool.
• Validate blocking.

Полная поддержка скриптов для сеточного генератора SpaceClaim находится в процессе разработки и будет доступна в следующих версиях.

Улучшены инструменты оценки качества сеток для CFD. Теперь по умолчанию используется проверка сетки на ортогональность (Orthogonal quality).

Также были сделаны следующие небольшие доработки:

• Автоопределение типов тел (Fluid/Solid) на основании назначения именованных наборов inlet/outlet.
• Улучшено качество построения неструктурированной сетки после построения гексаэдрической сетки на некоторых блоках.
• Обновлен алгоритм построения сетки тетраэдрами для получения более хорошего качества.
• Улучшено качество отображения блочной структуры.
• Сетка, построенная методами swept/mapped, получается более высокого качества.

Beta-опции

Теперь немного о перспективах. Добавлена функция записи действий (Beta-опция). Своего рода это дерево построения модели, но без иерархии. Тем не менее, благодаря этой функции значительно упрощается параметризация.

Рис.15 – Запись построения цилиндрического тела вытягиванием

В заключении стоит отметить постоянное развитие данного продукта. Его освоение значительно упростит работу с геометрией и сеточными моделями. Кроме того, на базе SpaceClaim построены такие решения как MaterialDesigner, Discovery Live и др., поэтому целесообразность освоения данного продукта не вызывает вопросов.