Новые возможности ANSYS Mechanical 2019 R3

Общие обновления                            

Обновление ANSYS 2019 R3 привнесло несколько полезных улучшений, ориентированных на удобство работы с балочными телами. Опция «Link/Truss» теперь доступна в интерфейсе Mechanical, активация которой открывает опции управления поведением балочных тел. Пользователь может задать поведение балки при растяжении и сжатии из следующих вариантов: «Растяжение и сжатие» (по умолчанию), «Только растяжение» или «Только сжатие» («Tension and Compression», «Tension Only» или «Compression Only»).

Для линейных тел появился еще один тип поведения - «Cable», подходящий вариант для анализа кабелей и тросов, подверженных одноосному растяжению. Этот тип поведения эквивалентен опции «Link/Truss» с настройкой «Только растяжение» («Tension Only»).

Поперечное сечение в интерфейсе Mechanical теперь доступно не только для чтения. Добавлена возможность выбора из доступных импортированных сечений.

Новый инструмент «Material Combination» позволяет комбинировать свойства материалов. Эффективные свойства материала рассчитываются как средневзвешенные значения, на основе указанных процентов объединяемых материалов.

Следующие свойства материалов доступны для комбинации:

• Теплопроводность
• Плотность
• Удельная теплоемкость
• Модуль упругости
• Коэффициент Пуассона
• Коэффициент температурного расширения
• Ортотропная упругость
• Ортотропная проводимость

Поддерживаются только линейные модели материалов.

База материалов GRANTA теперь также доступна в Electronics Desktop. Единая база данных для разных решателей гарантирует, что инженеры используют одинаковые свойства для мультифизического моделирования. Количество записей в единой базе возросло до 700+ материалов, включая необходимые свойства для моделирования в Maxwell. Пользователи Maxwell получают 500+ материалов с кривыми B-H и потерями для конкретных марок магнитных материалов.

ANSYS Motion – продвинутый решатель для многодельной динамики, теперь интегрирован в ANSYS Mechanical посредством ACT приложения.

Комбинация решений теперь поддерживает использование пользовательских результатов.

SMART Crack Growth теперь поддерживает итеративный решатель, тепловое нагружение, импортируемые нагрузки типа давления, сил, перемещений и температур.

Функция обратного решения стала доступна в интерфейсе ANSYS Mechanical, при активации соответствующего параметра в меню «Options»->«Analysis Setting and Solution»->«Inverse Solving».

Статический и нестационарный междисциплинарный анализ

Релиз 2019 R3 привнес весомое усовершенствование в проведении междисциплинарных расчетов. ANSYS Mechanical, с добавлением новых модулей для статического и нестационарного анализа, позволяет без лишних усилий выполнить сопряженный анализ термо-прочностного взаимодействия. Поддерживается как 3D, так и 2D анализ.

  

Области применения сопряженного термо-прочностного междисциплинарного анализа:

• Задачи больших механических деформаций, приводящих к возникновению контактов во время решения, образующих новые пути для теплового потока
• Задачи внутреннего тепловыделения из-за механических деформаций
• Задачи тепловыделения при относительном скольжении контактирующих поверхностей
• Зависимость тепловых свойств материала от прочностного решения и наоборот.
• Задачи расслоения или разрушения, изменяющие пути теплового потока
• Задачи с нелинейными тепловыми граничными условиями, где нелинейность зависит от прочностного решения
• Случаи зависимости теплопроводности от давления или зазора в контакте

Material Designer

В модуль Material Designer добавлена возможность вычисления температурно-зависимых свойств материала, поддерживается для предопределенных и определенных пользователем типов элементарных ячеек.

Теперь вы можете рассчитать кривые напряжения-деформации для элементарных ячеек из нелинейных материалов, моделируя следующие случаи:

• Одноосное растяжение
• Одноосное сжатие
• Простой сдвиг

Поддерживаются гиперупругие и упругопластические модели материалов.

Топологическая оптимизация

Добавлена поддержка пользовательских критериев оптимизации. Например, пользователь может ограничить расстояние между двумя узлами.

Метод топологической оптимизации «Level-Set» получил существенное расширение областей применения, за счет множества небольших улучшений, собранные в таблице ниже

Область	К чему относится	Возможности
Геометрия	Тип элемента в оптимизируемой области	3D элементы (т.е. тетра, гекса, пирамиды, призмы), линейные или квадратичные
	Тип элемента для не оптимизируемой области	Без ограничений
Геометрический анализ	Критерий	Масса, объем, центр тяжести, момент инерции
Статический линейный анализ	Граничные условия	Фиксированное перемещение, заданное перемещение
	Нагрузки	- Узловая сила, давление, объемные нагрузки (сила тяжести, ускорение, ускорение вращения) - Тепловая нагрузка
	Критерий (доступно для любых граничных условий/нагрузок)	- Податливость - Критерий перемещения - Реакция опоры
Модальный анализ	Граничные условия	Отсутствуют, фиксированные перемещения
	Критерий	Собственная частота
Производственные ограничения	Возможности	Направление извлечения (однонаправленное или двунаправленное литьевое ограничение), максимальная толщина, угол свеса (бета)
Оптимизация	Цель	Единственная цель. Мин или Максимизация. Любой критерий может быть выбран
	Ограничение	Отсутствуют, один или несколько. Любой критерий может быть выбран
	Проектирование	Один или несколько регионов оптимизации
Разное	ОС	Windows, Linux, RSM

 

На рисунках ниже приведены примеры использования новых критериев топологической оптимизации методом «Level-set».

Аддитивное производство

В ANSYS Additive Prep появился новый обработчик печати: теперь вы можете экспортировать файл задания печати напрямую на установку для аддитивного производства (AM). Хотя сейчас эта функция доступна только для машин производства SLM, в ближайшее время она будет распространена и на других производителей.

Slice Viewer - это еще одна новая функция, которая позволяет пользователю просматривать или анимировать векторы сканирования на любом срезе сборки.

Для приложений Additive Print и Science было добавлено несколько небольших улучшений:

• Новая калибровочная деталь - консольная балка с опорами.
• Опция «Группы поддержек» позволяет учитывать несколько разных типов поддержек (тонкостенные, сплошные) в одном моделировании.
• Режим обрезки: новая функция «Support-only cutoff» предназначена для удаления поддержек на изделии - без отделения детали от платформы.

ANSYS Workbench Additive теперь позволяет переключатся между отображением поддержек в виде STL, сетки КЭ и плотности элементов. Также, в AM-планировщике, стал доступен вариант удаления поддержек STL после охлаждения.

Элементы MAPDL

Ранее нормаль элемента SHELL определялась только по узлам (I-> J-> K-> L, правило правой руки). Расположение верх/низ, смещение сечения и ориентация композитных слоев также определялась нормалью. Теперь, новая введённая опция KEYOPT (4) = 1 позволяет задать нормаль SHELL с помощью указанной пользователем системы координат элемента (ESYS). Применимо к оболочечным элементам SHELL181 и SHELL281.

Дополнительные улучшения:

• Оценка поверхностных напряжений для осесимметричных твердотельных элементов. Активируется с помощью новой опции KEYOPT (1) = 2 для SHELL208 и SHELL209.
• Контроль выходных данных. Команда OUTRES теперь позволяет управлять сохранением углов Эйлера для элементов.
• Добавлено дискретное и равномерное армирование для теплового 10-ти узлового элемента SOLID291.
• Для пьезоэлектрического анализа добавлена поддержка элементов PLANE223, SOLID226, and SOLID227.

Моделирование контактного взаимодействия

В релизе 2019 R3 введена новая локальная проверка сходимости для контроля равновесия контактных пар. Эта локальная проверка предназначена для предотвращения колебаний реакций в контакте и повышения точности результатов. В некоторых случаях, добавление нескольких итераций для обеспечения точности решения способствует сходимости на последующих подшагах.

Элемент CONTA178 теперь позволяет имитировать нелинейный радиальный зазор между цилиндрами. Если задано трение, нелинейный радиальный зазор включает в себя тяговые силы как в окружном, так и в осевом направлении, и моделирует моменты трения, возникающие в результате этих тяговых усилий. Типичное применение - моделирование взаимодействия между вращающимися дисками и корпусом в роторно-динамическом анализе.

LS-DYNA

В LS-DYNA добавлена возможность экспорта деформированной геометрии, а также напряженно-деформированного состояния в текстовый файл. Этот файл является входным файлом LS-DYNA, который также может быть импортирован в Mechanical через модуль «External Model», при изменении расширения на .k.

Импорт отмеченных выходных данных доступен для статического и нестационарного прочностного анализа (используется начальное состояние «Initial State») наряду с LS-DYNA. Данный функционал можно использовать, например, для импорта переменной толщины изделия после формовки, расчета упругого отскока, сложных сценариев преднапряжённого состояния. Доступно для оболочек и твердотельных элементов.

Решатель MAPDL

Традиционно компания ANSYS в каждом обновлении проводит внушительную работу по улучшению масштабируемости для высокопроизводительных вычислений. В этом релизе проведены следующие улучшения:

• Возросла производительность DMP решателя
• Улучшена производительность решателя PCG
• Улучшена производительность решателя Block Lanczos
• Уменьшено использование памяти в разряженном решателе
• Улучшена производительность при использовании SMART

Материалы

Добавлена возможность учета различных модулей упругости для материала с памятью формы, для чистого аустенита E_A  и чистого мартенсита E_S. Поддерживаемые элементы: PLANE182, PLANE183, SOLID185, SOLID186 и SOLID187.

В релизе 2019 R3 появилась новая модель материала - разрушаемая пена (Crushable Foam). Пена представляет собой материал на основе металла или пластика с порами, заполненными газом (открытые или закрытые ячейки), который может подвергаться очень большим деформациям при сжатии.

Области применения материала:

• Упаковка, например, пенополистирол
• Заполнитель сэндвич-панелей
• Автомобильная промышленность: звукоизоляция, поглощение энергии при авариях, катализаторы
• Медицинская область: ортопедия