Новые возможности ANSYS Mechanical 2020 R2 часть 1

Уважаемые коллеги! Вашему вниманию предлагается обзор нововведений ANSYS Mechanical 2020 R2 для некоторых специализированных приложений: аддитивное производство и топологическая оптимизация, а также будут рассмотрены изменения ACP, Materials Designer и Sherlock.

Аддитивное производство

Additive Prep

В релизе ANSYS 2020 R2 были расширены возможности сопряжения Additive Prep с машинами производства кампании EOS. Были добавлены новые шаблоны печати и возможности экспорта файлов для EOS.

Добавлены пользовательские непечатаемые объекты, с возможностью указания размера, расположения, количества и т.д., и в случае попадания объекта в зону печати, Additive Prep выдает соответствующее предупреждение.

Также появилась возможность ручного редактирования областей поддержек STL.

Появилась возможность создания множественных поддержек разного типа на одной области, к примеру, для разных поддержек по краю и основной поверхности детали.

Включена возможности создания скриптов для повторяющихся задач, а также общих или сложных сценариев и т.д.

Additive Print

В Additive Print также были расширены возможности работы с машинами EOS: моделирование печати в соответствии с шаблонами сканирования EOS и был добавлен EOSPrint API.

Улучшена работа инструмента импорта завершенных проектов из Additive Print в Workbench Mechanical для моделирования дополнительных шагов и последующей обработки.

Реализована новая команда для записи результатов MAPDL в файлы vtk.

Additive Science

Добавлен мастер для работы с материалами, позволяющий:

• Редактировать все параметры существующих материалов
• Добавлять пользовательские материалы для моделирования
• Упрощающий разработку новых материалов
• Автоматизирующий задание свойств по экспериментальным данным
• Добавлена ручная настройка материала

Были расширены диапазоны параметров анализа в Additive Science, позволяющие моделировать более широкие уровни потребления энергии. Позволяет пользователям экспериментировать с более широким диапазоном возможных сценариев.

Проведена работа по улучшению работы модуля прогнозирования микроструктуры материала (бета):

• Добавлен новый материал 316 L для прогнозирования микроструктуры
• Добавлены новые результаты, отображающие границы каждого зерна

• Улучшен общий прогноз морфологии зерна
  • На рисунке показан пример морфологии зерен в вертикальной плоскости, с использованием шаблона сканирования 0-90

• Исправлена проблема с пропуском границ зерен

Workbench Additive

Реализована возможность использования вокселизации при построении декартовой сетки:

• Используется технология вокселизации Additive Print
• Позволяет создавать непрерывных декартовые сетки между изготовляемыми деталями и поддержками

Доступно моделирование направленной отрезки для учета возникающих искажений при отделении детали от плиты.

В интерфейс добавлена бета-функция для создания соединения между деталью и поддержками при моделировании печати. Опция упрощает настройку сложных моделей, особенно разбитых многослойной тетра-сеткой и поддержками в виде STL.

Проведено обновление мастера «Additive Wizard», предназначенного для настройки моделирования аддитивной печати:

• Добавлена опция импорта поддержек STL
• Добавлена возможность разбиения воксельной сеткой
• Расширены возможности использование слоистой тетра-сетки

Мартенситная сталь характеризуется уникальными искажениями по сравнению с другими сплавами при аддитивной печати из-за низкотемпературного превращения аустенита в мартенсит. Для моделирования поведения таких материалов, в Workbench Additive была добавлена модель «Maraging Steel», учитывающая эффекты фазовых превращений.

Топологическая оптимизация

В релизе Ansys 2020 R2 были введены новые функции и улучшения для решения более сложных и комплексных задач:

• Геометрические ограничения (объем, масса, центр тяжести, момент инерции)
  • Выбор нескольких тел при необходимости
• Области оптимизации
  • Создание нескольких областей оптимизации, для каждого компонента модели
  • Каждая область может иметь свой собственный набор производственных ограничений
  • Объединение различных методов оптимизации (например, «level-set» и «morphing») в одной и той же задаче
• Прочностной линейный анализ
  • Пользовательские функции «UDF» работают для перемещений и силы реакции (бета)
  • Доступна новая опция «Spatial Reduction» для: суммы, среднего, максимального приближения и т. д. (бета)
  • Податливость как ограничение или как цель

Пример:

• Четыре отдельных области оптимизации с использованием метода SIMP
• Пользовательская функция для силы реакции

Теперь во время оптимизации читаются .rst файлы распределенного решения, что экономит время на объединение результатов в каждой итерации оптимизации. Улучшение производительности топологической оптимизации составляет 0 - 50% в зависимости от модели.

Метод оптимизации Level-Set

Для метода Level-Set реализовано несколько нововведений и улучшений:

• Сходимость происходит быстрее и лучше
• Контроль деформации сетки
  • Дополнительный параметр (помимо контроля предела перемещения) позволяет контролировать энергию деформации сетки
  • Диапазон от 0 до 1 (по умолчанию: 0,01)
  • Чем меньше, тем деформации больше
• Производственные ограничения
  • Теперь доступен контроль максимальной толщины

Метод оптимизации SIMP

Поддерживаются геометрические ограничения для тел:

• Ограничение объема/массы
• Минимальный/максимальный размер ячейки
• Экструзия
• Центр тяжести
• Момент инерции

Также для топологической оптимизации реализовано несколько новых опций, пока находящихся в бета функционале:

• Реализована возможность автоматического создания поверхностей и твердотельной модели в SpaceClaim по фасеточной оптимизированной геометрии

• Для метода Level-Set добавлено ограничение по минимальной толщине, что полезно при оптимизации для аддитивной печати
• Добавлено ограничение и цель по напряжениям, помогающие избежать пиков в областях концентрации напряжений

Composite PrePost

Добавлена новая опция «3D Ply» для создания 3D моделей независимо от исходной поверхности оболочки. Геометрия 3D слоев может быть импортирована в виде САПР модели или через формат HDF5 Composite CAE.

Пример использования: импорт задания слоев непосредственно из любой системы САПР и сопоставление их с независимой твердотельной сеткой.

ACP теперь поддерживает режим «True Batch», позволяющий работать на машинах без графической карты. Автоматические обновления, которые выполняются в фоновом режиме, теперь запускаются в пакетном режиме. Для поддержки создания скриншотов был добавлен новый параметр Workbench, позволяющий пользователю запускать ACP в скрытом режиме графического интерфейса.

Проведена работа по улучшению производительности создания твердотельной модели («Imported Solid Model»), а также улучшена надежность алгоритма. Импортированные твердотельные модели теперь могут быть постобработаны в ACP Post. Ранее это было возможно только в Mechanical с помощью «Composite Failure Tool».

Интерфейс HDF5 Composite CAE был переработан для поддержки новой опции «3D Ply» (Imported Modeling Plies).

Новая опция «Extract Materials From», расположенная в разделе «Tools», позволяет напрямую преобразовывать материалы из HDF5 Composite CAE в XML (matml) для «Engineering Data».

ACCS

Добавлена кинетическая модель отверждения Карканас-Партридж: новая модель кинетического и диффузионного ограничения отверждения позволяет моделировать более сложные процессы эпоксидного отверждения. См. IMA-M21 в библиотеке материалов «Cure Simulation».

Новая модель вязкоупругого материала: новая версия ACCS позволяет использовать вязкоупругую модель для описания поведения эпоксидной смолы во время отверждения и охлаждения.

Добавлены термопластичные материалы: к примеру, поддерживается моделирование отверждения PEEK и полиамидов. Модель термопластичного материала может использоваться в сочетании с моделью термореактивного отверждения. Это особенно важно для процессов формования.

Общие улучшения:

• Текущий релиз поддерживает опцию «рождения и смерти» элемента, которая удобна для моделирования многошаговых процессов.

• Новая опция «Copy Analysis Settings» может использоваться для копирования свойств решения теплового шага в прочностной анализ
• IMA - M21 был добавлен в библиотеку материалов «Cure Simulation»

Material Designer

В релизе 2020 R2 было добавлено аналитическое решение для коротковолокнистых композитов. Material Designer теперь может вычислять гомогенизированные свойства материалов для композитов с короткими волокнами, используя аналитический подход гомогенизации Мори-Танаки. Данная альтернатива достаточно эффективна в сравнении с конечно-элементным анализом и позволяет определить объемную долю, упругие свойства в зависимости от ориентации, тепловое расширение и теплопроводность за считанные секунды.

Проведено улучшение анализа коротковолокнистых композитов. Добавлен новый алгоритм генерации коротковолоконных RVE:

• Ориентация волокон оптимизируется таким образом, чтобы точнее соответствовать целевому тензору ориентации
• Увеличена скорость работы до 10 раз для больших RVE
• Достигаются более высокие объемные доли волокон

Ansys Sherlock

В недавно появившемся приложении Ansys Sherlock, предназначенном для анализа надежности электроники, также было введено несколько улучшений:

• Повышена точность моделирования электроники
  • Моделирование металлических деталей, проводящих дорожек, контактных площадок, переходных отверстий и т.д.
  • Может использоваться для моделирования микросхем, подложек и слоистой печатной платы
• Это важно, так как множество типов разрушения связаны с уникальными компонентами печатных плат
  • Разрушение диэлектрика «Extreme Low-K (ELK)»
  • Нагрев, коробление
  • Разделение микропереходов, разрушение припоя
• Термомеханическая усталость (паяные соединения)
• Все эти методы доступны в Sherlock.

Добавлен функционал армированных элементов - двухмерные или одномерные элементы, встроенные в трехмерные твердотельные элементы (базовой модели). Подразумевает прочную связь между арматурой и окружающим материалом.

В релизе Ansys 2020 R2, Sherlock получил интеграцию с Workbench, что упрощает, ускоряет и расширяет возможности анализа надежности электронного оборудования при механическом и тепловом воздействии.

• Автоматизированный экспорт геометрии и свойств из Sherlock в SpaceClaim и Ansys Mechanical
• Автоматизированный импорт результатов моделирования из Ansys Mechanical в Sherlock
• Позволяет использовать Sherlock в более крупных электромеханических проектах.
• Соответственно упрощается и ускоряется процесс анализа

Теперь доступен экспорт данных из Sherlock в Icepak:

• Обеспечивает более точное тепловое моделирование
  • Автоматическое назначение свойств материала и предоставление подробной геометрию платы
• Энергетическая, бытовая и автомобильная электроника все чаще нуждается в более детальных моделях, для точного учета изменения температуры.
• Расширение бесшовного рабочего процесса ECAD-to-CAE / CFD, предлагаемого Ansys