Новые возможности ANSYS Mechanical 2021 R2. Часть 3

Уважаемые читатели форума, вашему вниманию предлагается обзорная статья по новым возможностям ANSYS Mechanical в части линейных динамических расчетов, акустики, а также рассмотрены нововведения в ANSYS Motion.

1. Линейная динамика

Многошаговый анализ с циклической симметрией

Возможность проведения многошагового (поэтапного) расчета секторов с различными исполнениями позволит существенно сэкономить время.

 

Рисунок 1 – Пошаговый модальный анализ

На рисунке 2 представлен порядок проведения пошагового расчета.

Рисунок 2 – Порядок проведения пошагового (поэтапного) расчета

В данном релизе доступны следующие опции/функции для проведения подобных расчетов:

• Можно объединить до 100 подмоделей
• Можно применить к статическому и модальному анализу (в том числе с преднагружением)
• Могут быть получено напряженно-деформированное состояние любого участка
• Могут быть получены результаты, которые ранее получить было возможно только при расчете полной конструкции
• Подмодели могут размещаться в осевом и радиальном направлении
• Для освоения данной методики добавлены примеры в справке.

Рисунок 3 – НДС конструкции полученное путем пошагового расчета

Нециклическое нагружение в расчете с циклической симметрией

Основные улучшения:

• Может быть использован в гармоническом анализе (полном)
• Можно определить номер сектора при определении силы или давления (по компонентам и вектору), удаленной силы и момента
• Номер сектора можно указать как переменную и указанная нагрузка будет применена для всех частот

Рисунок 4 – Определение различной нагрузки на секторах

Спектральный анализ

• MAPDL расширение результатов в элементах (напряжения, деформации и т.д.) теперь поддерживается для одноточечного (SPRS) и многоточечного (MPRS) спектра отклика, а также для метода динамического проектирования (DDAM)
• Для больших моделей это существенно сократит время вычисления и пост-обработки.

 

Метод подконструкций с разложением по собственным формам (CMS)

Метод подконструкций снизу-вверх с помощью CMS поддерживает использование объектов Imported Condensed Part. Следующие функции доступны в новом релизе:

• Импорт суперэлемента в локальной системе координат

Рисунок 5 – Импорт condensed parts в локальной системе координат

• Импорт суперэлемента из NASTRAN-файла Super Element Matrix (.dmig)

Рисунок 6 – Импорт condensed parts из NASTRAN

Рисунок 7 – Настройка импортированных condensed parts с помощью Worksheet

• Импорт суперэлемента из MAPDL-файла Generation Pass Output (.sub)
• Создание удаленных точек и шарниров для связи суперэлементов

 

2. Акустика

Нестационарный анализ

В новой версии пользователям доступен выбор акустики в связанном анализе (Coupled field). Причем может быть выбран только акустический анализ, либо сопряженный (FSI).

Рисунок 8 – Настройка нестационарного акустического анализа

Доступны следующие нагрузки и граничные условия:

• Нагрузки: температура, импеданс, статическое давление
• Источники: массовый расход, ускорение на поверхности
• Граничные условия: давление, граница импеданса, поверхность поглощения, граница поглощения, свободная поверхность

В качестве результатов доступны скорости, кинетическая и потенциальная энергия.

Гармонический анализ (метод суперпозиции)

Предварительно проведенный гармонический анализ позволит пропустить этапы решения даже с распределенными файлами.

Рисунок 9 – Гармонический анализ методом суперпозиции

Пост-процессинг

В качестве результатов могут быть получены поля в дальнем поле на пластинах и сферических поверхностях:

PLFAR, Lab, Option, PHI1, PHI2, NPH1, THETA1, THETA2, NTHETA, VAL1, VAL2, VAL3, VAL4, VAL5, LDSTEP, SUBSTEP, FREQB, FREQE, Type, LogOpt. В качестве типа можно определить: PLXY, PLYZ, PLXZ, SPHR.

Рисунок 10 – Результаты в дальнем поле для поверхностей

В новой версии могут быть получены интенсивности звука в узлах и элементах:

• Узлы: PRNSOL/PLNSOL,SNDI
• Элементы: PRESOL/PLESOL,SNDI

Сопряженный анализ

Как было отмечено выше в новой версии доступна в качестве физики акустика в модулях для сопряженных расчетов. Данное улучшение будет полезно для мультифизических расчётов (например, МЭМС и пьезоэлектриков).

Рисунок 11 – Настройка сопряженного анализа

Будут доступны все нагрузки, граничные условия и результаты.

 

Рисунок 12 – Нагрузки и граничные условия в сопряженном анализе

Рисунок 13 – Результаты в сопряженном анализе

Прочие улучшения

• Перезапуск в модальном анализе поддерживается перезапуск решения даже когда используется демпфирование в материале
• Доступны новые опции в файле с модами (Mode Coordinate File)
• Маппинг скорости на поверхности в связанном анализе (гармонический механический – гармонический акустический) будет выполняться быстрее на 65%.

 

3. ANSYS Motion

ANSYS Motion в Workbench

Продолжается интеграция ANSYS Motion в Workbench. В новом релизе были добавлены несколько полезных функций:

• Возможность передачи данных из ANSYS Motion в модуль для проведения гармонического анализа акустики. Осуществляется передача скорости на поверхности упругих тел с преобразованием в частотную область.

Рисунок 14 – Схема проекта и настройки для виброакустического анализа

• Возможность определения электромагнитных сил для электродвигателей. Передача результатов электромагнитного анализа возможно из Maxwell и JMAG в формате *.unv.

Рисунок 15 – Определение электромагнитных сил на роторе и статоре

• При создании контактов появилась возможность выбора нескольких тел (multiple bodies).
• Для моделирования взаимодействия шины и дороги добавлена возможность создания шин (геометрия создается автоматически). В свойствах необходимо выбрать файлы со свойствами шины и микропрофиля дороги.

Рисунок 16 – Создание шин и микропрофиля дороги

• Возможность определения объекта General Bearing (шарнир), который позволяет определить осевую, радиальную и крутильную жесткость

Рисунок 17 – Создание объекта General Bearing

• Добавлена возможность создания сценариев моделирования на основе времени или функций.
• Доступно создание сосредоточенной массы и давления.
• Доступен контакт для балок «ребро-грань»
• Доступно создание кинематической связи на основе двух объектов.

Рисунок 18 – Создание кинематической связи по двум кривым

• Доступно создание контакта на основе набора кривых.
• Теперь доступно создание пользовательских функций, дифференциальных уравнений, массивов, переменных и т.д.
• Добавлена функция диагностики шарнирных связей.

 

Рисунок 19 – Диагностика шарнирных связей

• Возможность создания EHD bearing (гидродинамический подшипник).
• Добавлена возможность создания моделей планетарных и косозубых передач.

Рисунок 20 – Создание моделей планетарной и косозубой передачи

• Возможность импорта геометрии зубчатых передач из KISSsoft.

ANSYS Motion

Сам ANSYS Motion получил большое количество новых функций и улучшений:

• Повышена производительность расчета контактов между конечноэлементными телами. Прирост зависит от количества элементов. Например, для 8000 элементов скорость расчета увеличится всего в 1,5 раза, в то время как для 2,5 миллионов элементов увеличится в 10-11 раз.
• Добавлена возможность определения 3D сплайна AKIMA

Рисунок 21 – Создания сплайна AKIMA

• В сценариях моделирования добавлена возможность изменения типа тел во время расчета.

Рисунок 22 – Определение типа тел во время моделирования

• При задании нагрузок и граничных условий пользователь может определить расположение относительной системы координат.
• Добавлена возможность определения линейного упрочнения Прагера для моделирования пластичности

Рисунок 23 – Определение пластичности материала

• Добавлена поддержка элементов высокого порядка (Shell8 и Solid13), которые могут быть использованы для решения задач с нелинейными материалами.

Рисунок 24 – Элементы Shell8 и Solid13

• Добавлена поддержка FMI 2.0 для проведения совместного моделирования.
• Для выбранных узлов доступны результаты теплового анализа, которые записываются в файлы ICF и DFN для использования в качестве начальных условий.

Рисунок 25 – Запрос результатов и сохранение в файлы

• В новом постпроцессоре добавлена возможность сохранения результатов модального анализа, частотного отклика и звукового давления.
• Также в новом постпроцессоре улучшена производительность при расчете звукового давления и добавлена возможность сохранения результатов.

Рисунок 26 – Производительность при обработке и получении результатов звукового давления

• Создан новый API для передачи результатов виброакустического расчета из ANSYS Motion в ANSYS Mechanical Acoustic.
• После проведения анализа для сборки, граничные условия и нагрузки автоматически передаются на тела для проведения анализа долговечности

Рисунок 27 – Автоматическая передача ГУ и нагрузок для проведения анализа долговечности

• Для тел типа EasyFlex доступно определение RBE3 (rigid body element).

Рисунок 28 – Сравнение результатов расчета тела типа EasyFlex с RBE2 и RBE3

• Добавлена возможность создания моделей ротора, статора, корпуса и определение электромагнитных сил для электрических машин с осевым электромагнитным потоком.

Рисунок 29 – Создание модели электрической машины с осевым электромагнитным потоком 

• Добавлена поддержка UNV файлов для передачи электромагнитных сил из JMAG и ANSYS Maxwell. Кроме того, силы могут быть отмасштабированы в радиальном и касательном направлении.

Рисунок 30 – Передача и масштабирование электромагнитных сил