Новые возможности ANSYS Mechanical 2021 R2. Часть 1

MAPDL General

Расширение узловых усредненных результатов (NAR)

• Данные NAR теперь могут храниться в базе данных MAPDL для постобработки в POST1.
• Добавлена поддержка NAR в POST26 с использованием ANSOL.
• Расширены возможности NAR POST1
• Команды * GET и * VGET теперь могут извлекать данные NAR.

В среднем уменьшение размера файла RST на 21% при использовании количества, поддерживаемого NAR, вместо хранения на основе элементов.

Шифрование данных материалов

Вы можете защитить свои данные в базе материалов с помощью этой новой функции. Доступны два типа шифрования:

Одноуровневое шифрование:

• Защитите свои данные о материалах с помощью единого пароля
• База данных не может быть открыта без пароля

Двухуровневое шифрование:

• Установите два пароля для управления доступом к вашим данным материала
• Вы можете шифровать разные материалы разными паролями
• Пользователь может возобновить базу данных и запустить решение с одним паролем
• Пользователю нужны оба пароля для просмотра данных зашифрованного материала.

PyAnsys & Python Scripting/Recording

Состоялся официальный релиз PyAnsys:

• Установите пакет MAPDL Python с помощью pip install и:
  • Запустите MAPDL из командной строки python
  • Подключитесь к работающему удаленному приложению MAPDL и управляйте им
• Клиент MAPDL Python теперь имеет открытый исходный код (доступен в GitHub)
  • Кто угодно может внести свой вклад или настроить клиентский код Python
• Откройте дверь ко многим возможностям:
  • Смешайте MAPDL и Numpy / Scipy в одном сценарии (простой обмен данными: результаты, матрицы,…)
  • Машинное обучение по результатам MAPDL с использованием TensorFlow
  • Используйте APDLMath как пакет супер линейной алгебры из командной строки Python
  • …

Теперь пользователи могут использовать Python для написания пользовательских подпрограмм.

• Больше не нужен компилятор
• Легко использовать: /UPF,usermat.py
• Доступ к базе данных MAPDL из кода Python
• На основе технологии gRPC
• На данный момент функция ограничена платформой Linux

Python Code

• Объект в Mechanical для написания скриптов Python
• Выполнение кода Python для ввода команд MAPDL во вход решателя и запуск кода Python во время ключевых событий для моделирования.
• Добавьте настраиваемые свойства к деталям для пользовательского ввода
• В документации приведены примеры использования

Запись команд

Запись команд теперь поддерживается для общих действий, таких как «Solve», «Evaluate results», «new analysis» и вставка новых объектов, таких как «Stress Tools», «Result Plot Trackers» и т. д.

 

MAPDL Elements

Повышение надежности армирующих элементов

• Мотивация -  требования к моделированию гибких печатных плат (FCB)
• Улучшенные формулировки элементов
• Оптимизирована сходимость решения в нелинейном анализе
• Возможность больших деформаций

Новая нагрузка на тело для армирующих элементов

• Допускает непосредственное воздействие силы на армирующие элементы конструкции.
• Мотивировано необходимостью моделирования электромагнитных сил на дорожках печатной платы.
• Расширяет общие возможности моделирования надежности электроники

Жесткость на поперечный сдвиг в армирующих элементах

• Мотивация - требования к моделированию слоистых композитов с элементами REINF
• Точное описание механического поведения встроенных слоев
• Предлагает мощную альтернативу для моделирования композитных материалов со сложной геометрией (например, стыков, конических сечений и обрезанных слоев)

Элементы низкого порядка для мультифизического анализа

Возможности

• Физика - прочностные, тепловые, электрические и диффузионные воздействия
• Мультифизические возможности: термомеханический, термоэлектрический, пьезоэлектрический, пьезорезистивный, конструкционно-диффузионный, термодиффузионный, электродиффузионный анализы и т. д.
• Полная интеграция метода B-bar для связанного анализа со механическими степенями свободы

Преимущества

• Вычислительно более эффективен, чем элементы высокого порядка
• Лучше справляется с большими деформациями

Возможность массового расхода для тепловых твердотельных элементов

• Возможность моделирования теплового поля в жидкостях
• Способен эффективно моделировать тепловое поле в движущихся твердых телах (например, тормозах, сцеплениях)
• Использует оптимизированную формулу Петрова-Галеркина, которая стабильна для всех чисел Пекле и обеспечивает хороший энергетический баланс.
• Применимо к 2D и 3D тепловым твердотельным элементам более низкого порядка (PLANE292 и SOLID278)

Другие улучшения, связанные с элементами                                           

• Новая возможность настройки искривления сечения для балочных элементов.
  • Автоматически выбирается правильная настройка для разных сечений балки
  • Минимизация вмешательства пользователя и избегание потенциальных ошибок моделирования
• Расширенные возможности ENDRELEASE для балок/труб
  • Лучшая точность
  • Учитывается для больших геометрических разрывов
  • Специальная обработка для деформации профиля
• Пользовательские системы координат для элементов уплотнений
• Определяемая пользователем поверхностная нагрузка, которая следует за деформацией элемента (требуется для равномерного распределения нагрузки между связанными системами)

Примеры использования

Сжатие диэлектрического эластомера

• Электроактивный полимер в электрическом поле
• Конструкционно-электростатический  элемент SOLID225
• Электростатическая силовая муфта
• Гиперупругая модель Yeoh

Осевое перемещение              

Укладка композитной ленты

• Лента, препрег, прокат роликом и нагрев
• Конструкционно-тепловой элемент SOLID22 5
• Контакт между препрегом и подложкой CONTA174 

Температура

Structural Optimization

 Модуль «Topology Optimization» был переименован в «Structural Optimization». Этот набор инструментов включает в себя несколько технологий: оптимизацию топологии, оптимизацию решетчатой структуры и оптимизацию формы.

В оптимизации формы, сделано много улучшений:

• Лучшая скорость сходимости
• Лучшее управление геометрией тонких и твердых тел
• Лучший анализ при ограничении напряжений и деформаций
• Лучшее распределение узлов (см. рисунок)

Оптимизация топологии на основе тепловой податливости теперь также доступна для методов Shape и Level Set.

Нагрузки на шарниры «Joint Load» поддерживаются для оптимизации топологии.

Workbench Additive

Сводная информация о обновлении Workbench Additive 2021R2

• Добавлена переменная высота слоя
• Обновлен мастер калибровки WA
• Улучшенные настройки сетки по умолчанию для AM.
• Улучшения AM Bond. Повышена надежность макроса AMCONNECT. Искажения во многих случаях устраняются или уменьшаются
• Новые возможности распараллеливания в решателе 2D-микроструктуры
• Оптимизация пористости обеспечивает более точные результаты
• Материалы Granta AM для Discovery

Сравнение использования постоянной и переменной толщины слоя:

Настройка прямой оптимизации. В 2021 R2 появилась возможность установить выбор метода как ручной для оптимизатора калибровки.

Пользователь может установить следующие параметры калибровки:

• Целевое значение искажения
• Допуск
• Максимальное количество циклов калибровки: 10 (по умолчанию)
• Линейные / нелинейные эффекты

 

Material Designer

Теперь вы можете легко перенести конечно-элементные модели RVE, созданные в Material Designer, в модуль конструкционного анализа. Модель становится доступной в приложении Mechanical для подробной постобработки и пользовательского анализа.

В Workbench теперь доступно подключение нескольких систем Material Designer к одной и той же ячейке Engineering Data. Это позволяет назначать разные гомогенизированные материалы разным телам.

Улучшения анализа коротковолокнистых композитных материалов:

• Прямое указание массовой доли волокна вместо объемной доли волокна.
• Инструмент подбора кривой пластичности Хилла:
  • Два дополнительных закона упрочнения: полилинейный и обратный полином.
  • Новая параметризация коэффициентов текучести Хилла на основе обратного проектирования предела текучести UD с последующей процедурой ориентационного усреднения
• В диаграмме "напряжение-деформация" теперь доступно:
  • Визуализация нелинейного отклика материала для различных значений тензора ориентации.
  • Отображение кривой зависимости напряжения от общей деформации
  •  

Ansys Composite Prep-post (ACP)

Твердотельное моделирование композитных материалов:

• Общая производительность алгоритма экструзии твердотельной модели была улучшена в различных областях. Производительность теперь линейна в зависимости от размера модели.
• Также была улучшена производительность трехмерной компоновки, которая переносит укладку на основе оболочки на импортированную твердотельную сетку.

Для импортированных данных по литью под давлением, добавлены дополнительные поддерживаемые форматы:

• Импорт тензора ориентации волокон из моделей срединных поверхностей (оболочки) Moldflow
• Импорт начально-напряжённого состояния и объемной доли волокна из SIGMASOFT

Надежность электроники

Расширение интеграции Workbench и Sherlock

• Возможность начать с нового / пустого проекта Sherlock (в режиме одного проекта).
  • Раньше можно было открывать только существующие проекты Sherlock.
• Возможность объединения печатной платы от Sherlock (через блок Sherlock (Pre)) и корпус (через блок Mechanical и т.д.) и просматривать результаты через Sherlock Results Viewer и Sherlock 3D Viewer, не покидая Workbench.
• Поддержка анализа случайной вибрации.

Sherlock и LS-DYNA

Испытание дроп-тест/создание конструкционной модели - от Sherlock до Workbench

• Быстрое создание модели с использованием нового решения, доступного в Ansys Sherlock и Workbench/Mechanical.
• Особенно полезно для создания моделей для моделирования испытаний дроп-тест в LS-DYNA, среди многих других сценариев.
• Процесс экспорта в Ansys Workbench включает:
  • CDB Export для обеспечения конформной сетки между слоями печатной платы (нет необходимости в обработке SpaceClaim).
  • Подход к пайке «балка и оболочка» для повышения эффективности.
  • Автоматическое нанесение трассировки в ANSYS Mechanical.
  • Пользователи могут выбрать привязку созданной модели к различным последующим системам, включая WB LS-DYNA.

Общие улучшения

• Руководство Sherlock Theory предоставят пользователям дополнительную теоритическую информацию о том, как Sherlock выполняет свои различные вычисления (повреждения, время до отказа и т. д.).
• Во многих случаях руководство предоставляет информацию о проверке, чтобы показать, как результаты Sherlock сравниваются с случаями из открытых источников.
• Включенные разделы:
  • Случайная вибрация
  • Гармоническая вибрация
  • Механический удар
  • ICT
  • Модельный анализ
  • Термомеханический анализ
  • Усталость припоя BGA
  • Усталость припоя QFN
  • И больше

Гармоническое воздействие

До 2021 R2 ANSYS Sherlock использовал только те деформации, которые развиваются при частоте максимального отклонения. Хотя эти перемещения обычно оказывают доминирующее влияние на повреждение, во многих ситуациях другие частоты также способствуют повреждению компонентов. В R2 2021 это ограничение преодолевается за счет включения нового метода, который обнаруживает и учитывает результаты как в глобальных, так и в локальных максимумах (в функции частотной характеристики).

• В результате ожидается, что прогнозы жизни будут более точными в случаях, когда:
  • Отклики на частотах, отличных от самой доминирующей, также способствуют повреждению компонентов.
  • В системе есть режимы, которые довольно близки.

Sherlock - Medini

• Sherlock - ведущий инструмент Physics of Failure (PoF) для оценки надежности электроники.
  • Позволяет оценить характеристики печатных плат в различных условиях, включая термоциклирование, удары, вибрацию и т.д.
• Ansys Medini используется для широкого спектра инженерных расчетов функциональной безопасности и надежности.
  • Определение частоты отказов с использованием встроенных справочников SN 29500, IEC TR 62380, FIDES Guide, MIL-HDBK-217F и HDBK-217Plus.
  • Множественные модели прогнозирования для агрегирования или распределения частоты отказов (например, по компонентам, портам, с использованием площади кристалла и т. д.).
• В ANSYS 2021 R2 информацию о перечне деталей (теперь включающую поле «Failure Class») можно отправлять из Sherlock в Medini для оценки надежности.

Этот рабочий процесс позволяет пользователям назначать категории деталей для пассивных компонентов в библиотеке Sherlock Parts и управлять ими.

Позволяет пользователям экспортировать списки деталей из Sherlock в Medini с информацией, необходимой для анализа режима отказа и назначения частоты отказов в Medini для анализа безопасности системы.

Общие улучшения функциональности:

• Обновленный список производителей
• Обновленные шаблоны мастера
• Обновлен объект Shock Event для обеспечения обратной совместимости с Peak Load
• Доступно предупреждение или оповещение, когда Sherlock открывает проект другой версии
• Обновлен импорт IPC-2581 для отсутствующего или недопустимого определения компонента
• Добавлен обмен сообщениями в приложение Laminate Manager
• Обновлен жизненный цикл для включения более мелких компонентов
• Обновлены подсказки для параметров контактных площадок в редакторе свойств детали
• Обновлен Sherlock для чтения packageType из package.csv

Дополнительную информацию об этих и других обновлениях можно найти в примечаниях к релизу Ansys Sherlock 2021 R2.

Надежность электроники - ANSYS Mechanical

Подходы к моделированию печатных плат:

• ANSYS предлагает передовые решения для моделирования печатных плат и электронных компонентов. Поддерживается несколько уровней точности.
• Начните с импорта файлов ECAD непосредственно в инструменты Ansys, такие как Ansys Sherlock и Ansys Mechanical.

Надежность электроники - LS-DYNA

Неявная несжимаемая формулировка SPG (ISPG)

• Полностью неявная формулировка ISPG
• Новый лагранжев решатель Навье-Стокса
• Точно и эффективно справляется с поверхностным натяжением и адгезией к стенке
• Может имитировать оплавление припоя со сложными моделями с площадкой, определяемой паяльной маской (SMD) и NSMD

• В сочетании с неявными тепловыми и прочностными решателями
  • для крупномасштабного термомеханического анализа печатных плат и оплавления припоя (с учетом эффекта коробления печатных плат; SMP и MPP)
• Доступно ACT для Ansys Workbench