Новые возможности ANSYS Mechanical 2021 R2. Часть 4

Mechanical.

В новой версии появилась возможность определять точку начала пользовательской системы координат через привязку к элементам или граням элементов.

Рисунок 1. Начало системы координат прикреплено к граням элементов.

Для предварительного затяга болтового соединения (Bolt Pretension), определенного через грань, ребро или грань элемента, добавлено новое свойство Coordinate System Behavior, позволяющее менять положение системы координат. Для этого необходимо изменить значение свойства Coordinate System Behavior с Program Controlled на Manual, определив пользовательскую систему координат.

Рисунок 2. Свойство Coordinate System Behavior элемента Bolt Pretension.

Следующее изменение объекта Bolt Pretension связано с учетом больших поворотов. По умолчанию для Bolt Pretension используется элемент PRETS179 (Formulation = Program Controlled). Для использования цилиндрического шарнира MPC184, позволяющего получать корректные результаты при больших поворотах болтового соединения потребуется указать Formulation = Join.

Рисунок 3. Настройки Bolt Pretension.

Небольшое изменение в настройках Mechanical - добавлена опция Clear Mesh on Dimension Change, которая дает пользователю больший контроль над сеткой при изменении размерности задачи. По умолчанию, если вы меняете размерность задачи с 2D на 3D, сетка будет удалена, но если изменить значение опции с “Yes” на “No”, то сетка не будет очищена.
Это может быть полезно, если вы хотите провести повторный расчет в 3D, используя ту же сетку, что и для плоской задачи.

Рисунок 4. Опция Clear Mesh on Dimension Change в настройках Mechanical.

Другая опция Delete Missing Named Selection from CAD, добавленная в настройках Mechanical, отвечает за логику работы с импортированными из CAD именованными наборами. По умолчанию, если в CAD-системе именованные наборы будут удалены, то и в Mechanical они будут удалены.

Рисунок 5. Опция Delete Missing Named Selection from CAD в настройках Mechanical.

Следующее нововведение относится к элементам общей топологии. Теперь вы можете создавать контактные и целевый элементы на элементах общей топологии, а также прикладывать к ним граничные условия. При необходимости, для контактных элементов можно указать направление нормали. 

Рисунок 6. Настройки для контактных пар, содержащих элементы общей топологии.

На текущий момент к объектам общей топологии (ребрам и граням) возможно приложение следующих граничных условий.

Для ребер: давление (Pressure), гидростатическое давление (Hydrostatic Pressure), сила (Force) и импортированное давление (Imported Pressure) 

Для граней: давление (Pressure), гидростатическое давление (Hydrostatic Pressure), сила (Force), конвекция (Convection), излучение в окружающую среду (Radiation to Ambient) и импортированное давление (Imported Pressure).

Рисунок 7. Пример приложения давления по нормали к поверхности, общей для двух тел.

Добавлены новые типы шарниров в рамках General Joint: Orientation, In-Line, In-Plane и Parallel joint. General joint имеет шесть степеней свободы, три поступательные и три вращательные.

Рисунок 8. Новые шарниры: Parallel, In-Plane, In-Line и Orientation joint.

В зависимости от выбранной опции Primitive type степени свободы будут установлены следующим образом: 

None

По умолчанию все степени свободы ограничены, но вы можете разрешить перемещения вдоль осей X, Y, Z и вращения вокруг одной из осей X, Y, Z, либо всех сразу.

Parallel

• Допускает перемещение вдоль оси X (Translation X: Free)

• Допускает перемещение вдоль оси Y (Translation Y: Free)

• Допускает перемещение вдоль оси Z (Translation Z: Free)

• Допускает вращение вокруг оси Z (Rotation: Free Z)

In-Plane

• Допускает перемещение вдоль оси X (Translation X: Free)

• Допускает перемещение вдоль оси Y (Translation Y: Free)

• Не допускает перемещение вдоль оси Z (Translation Z: Fixed)

• Допускает вращение вокруг всех осей (Rotation: Free All)

In-Line

• Не допускает перемещение вдоль оси X (Translation X: Fixed)

• Не допускает перемещение вдоль оси Y (Translation Y: Fixed)

• Допускает перемещение вдоль Z (Translation Z: Free)

• Допускает вращение вокруг всех осей (Rotation: Free All)

Orientation

• Допускает перемещение вдоль оси X (Translation X: Free)

• Допускает перемещение вдоль оси Y (Translation Y: Free)

• Допускает перемещение вдоль оси Z (Translation Z: Free)

• Не допускает вращение вокруг всех осей (Rotation: Fix All)

В интерфейсе Mechanical появился новый инструмент для прогнозирование использования ресурсов, необходимых для проведения расчета Resource Prediction. 

Рисунок 9. Кнопка Resource Prediction во вкладке Home на панели инструментов.

На текущий момент эта опция доступна только для отдельно стоящих модулей статического расчета (решатели Sparse и PCG) и модального анализа (решатель Sparse). В открывшемся окне (рисунок 10) отображается примерный объем оперативной памяти необходимый для решателей и, если включены бета-опции, то еще будет доступна информация с оценкой времени счета в зависимости от числа ядер CPU.

Рисунок 10. Окно Resource Prediction.

Добавлена ​​новая функция Delete Part, позволяющая удалять детали и тела из ветки Geometry. Функция Delete Part доступна в контекстном меню по правой кнопке мыши в дереве проекта или при выборе тела в графическом окне, а также в верхней панели инструментов во вкладке Geometry. 

Рисунок 11. Функция Delete Part в контекстном меню.

Добавлен новый критерий Contains для именованных наборов, создаваемых с помощью помощью критериев в окне Worksheet. С использованием этого критерия можно объединять несколько именованных наборов в один. В создаваемый именованный набор будут включены элементы именованных наборов, имена которых содержат строковое выражение, указанное в критерии Contains.

Рисунок 12. Создание именованного набора с учетом критерия Contains в окне Worksheet. 

Небольшие улучшения инструмента Go To. С помощью нового элемента контекстного меню Named Selections Containing Selection можно подсветить в дереве именованные наборы, содержащие выбранные объекты. А с помощью элемента Named Selections Common to Selection, подсветить в дереве именованные наборы, которые содержат все выбранные объекты.

Рисунок 13. Новые элементы инструмента Go To.

Следующее улучшение относится к объекту Thickness, теперь толщину можно определить для отдельных конечных элементов.

Рисунок 14. Определения толщины для отдельных оболочечных конечных элементов.

Добавлена возможность приложения силы (Force) к телам с опцией General Asymmetric напрямую к узлам или через именованные наборы. Давление (Pressure) теперь может быть приложено к нескольким ребрам, даже если они принадлежат разным телам.

Рисунок 15. Приложенное давелние к телу с опцией General Asymmetric.

Для оболочек добавлено свойство Stiffness Option, позволяющее определить тип поведения тела. Свойство становится доступно при выборе Stiffness Behavior = Flexible и Model Type = Shell и имеет следующие значения: Membrane and Bending, Membrane Only и Stress Evaluation Only, что соотносится со значениями параметра KEYOPT(1) для элементов SHELL181 и SHELL281.

 

Рисунок 16. Свойство Stiffness Option.

Модули сопряженного анализа Coupled Field Static и Coupled Field Transient теперь поддерживают связь с системой System Coupling.

 

Рисунок 17. Связь Coupled Field Static и Coupled Field Transient с системой System Coupling.

External Model

Несколько нововведений модуля External Model:

Значительно ускорен процесс импорта данных по слоям композитов.
Данные по слоям композитов теперь представлены в табличном виде.
Материалы слоев теперь доступны для редактирования.

 

Рисунок 18. Вид рабочего листа Worksheet с данными по слоям.

При импорте файлов .CDB команды блочного типа BFBLOCK, BFE и BFEBLOCK для степеней свободы TEMP импортируются как объемные нагрузки, обратите внимание, что команды BFE и BFEBLOCK поддерживают только элементы SHELL181 и SHELL281.

Что касается оболочечных элементов, то для них добавлена опция Shell Face, позволяющая указать сторону top/bottom для команд BFE и BFEBLOCK.

Рисунок 19. Импортированные объемные нагрузки из CDB.

Команды блочного типа SFEBLOCK импортируются как поверхностные нагрузки.

 

Рисунок 20. Импортированные поверхностные нагрузки из CDB.

Следующее улучшение позволяет управлять производительностью, путем изменения количества комментариев, записываемых в файлы решателя для нагрузок импортированных из внешних моделей. Опция Solver File Verbosity имеет три значения:

Minimal (по умолчанию): комментарии не записываются во входной файл решателя ds.dat и выходной файл solve.out;

Medium: комментарии записываются только во входной файл решателя ds.dat;

Verbose: комментарии записываются во входной файл решателя ds.dat и выходной файл solve.out;

Для большого количества импортируемых нагрузок эта опция позволяет сократить размеры файлов и время на их обработку при решении.

Рисунок 21. Опция Solver File Verbosity в настройках Mechanical.

Meshing 

Инструмент создания сетки для сварных швов Weld получил несколько улучшений: 

При условии выбора определения шва по сетке (Source: Mesh), появляется возможность моделирования сварных швов балочными элементами (1D).

 

Рисунок 22. Моделирование сварных швов балочными элементами.

Добавлена опция автоматического создания именованных наборов для зон термического влияния (HAZ).

Рисунок 23. Автоматическое создание именованных наборов для зон термического влияния.

Добавлен функционал для поиска и исправления ошибок с помощью рабочего листа Worksheet. Желтым цветом выделяются строки с предупреждениями, красным - с сообщениями об ошибках. 

Рисунок 24. Поиск и исправление ошибок с помощью рабочего листа Worksheet.

В релизе 2021 R2 стала доступна новая операция редактирования сетки Pull, которая может быть добавлена из контекстного меню в ветке Mesh (ПКМ >> Insert >> Pull). Pull позволяет строить сетку путем протягивания или вращения базовой сетки, построенной для оболочек, граней твердых тел либо граней элементов.
Несколько важных моментов:

Объемные тела создаются в ветке Geometry для каждого элемента Pull:

Если операция Pull применяется к нескольким телам, то результатом будет многотельная деталь в ветке Geometry.  Будет ли сгенерированная объемная сетка являться конформной или нет зависит от базовой сетки.
Объемные тела, созданные с помощью данной операции будут удалены, если:
Вызвана функция Clear Generated Data;

Обновлена геометрия;

Базовая сетка изменена;
Изменены настройки операции Pull.

Ниже приведена последовательность выполняемых действий для операции Pull (Extrude/Revolve).

Шаг 1: Построение сетки с соответствующими настройками (размер элемента и т.д.).

Шаг 2: Добавление операции Pull (Extrude) либо Pull (Revolve), из контекстного меню (ПКМ >> Insert >> Pull).

Рисунок 25. Добавление операции Pull.

Шаг 3: Настройка параметров операции Pull.

Рисунок 26. Настройка параметров операции Pull.

Шаг 4: Генерация сетки (ПКМ >> Generate).

Рисунок 27. Генерация сетки.

Шаг 5: Исходные тела автоматически скрываются и помечаются как неактивные (рядом с телами в ветке Geometry отображается символ круга). Сетка для базовых поверхностей подавляется. Это делается для того, чтобы сетка для базовых поверхностей не передавалась в решатель.

Шаг 6: Новая деталь добавляется в ветке Geometry.

Шаг 7: Выполнение расчета с учетом циклической симметрии, используя сетку для сектора диска.

Рисунок 28. Построенная с помощью операции Pull сетка.

Для операции Pull (Extrude) можно выбирать грани оболочек или солидов, грани элементов оболочек или солидов либо именованные наборы из граней элементов.

Направление протягивания можно указать как по осям глобальной, так и пользовательской системы координат, либо по нормали к поверхности.

Рисунок 29. Выбор направления протягивания сетки. 

Для операции Pull (Extrude) доступна опция Up To, позволяющая протянуть базовую сетку до целевой грани или граней.

Рисунок 30. Протягтвание базовой сетки до целевой грани.

Операция Pull (Extrude) позволяет протягивать грани объемных элементов с объединением узлов. На текущий момент это доступно только для элементов первого порядка.

Рисунок 31. Протягивание граней объемных элементов с объединением узлов.

С помощью операции Pull (Surface Coating) можно создавать тела Surface Coating, используя грани твердых тел или грани конечных элементов. Узлы созданного тела Surface Coating будут общими с узлами элементов нижележащего тела.

Для операции Pull (Surface Coating) можно выбирать грани объемных тел или грани элементов.

Рисунок 32. Создание тела Surface Coating с помощью операции Pull (Surface Coating).

Свойства Material и Stiffness Option для тела Surface Coating могут быть определены в настройках операции Pull.

Рисунок 33. Настройки операции Pull.

Опция Automatic Thin для метода построения сетки Sweep теперь имеет возможность сохранения внутренних ребер, отпечатанных на целевой грани.

Рисунок 34. Опция Automatic Thin для метода построения сетки Sweep.

Постобработка и графика

Новая опция Accelerated (Beta) для создания анимации позволяет получить результат намного быстрее с меньшими затратами памяти. Кроме того, во время создания анимации не блокируется пользовательский интерфейс, и например, доступно вращение модели в отличие от стандартной анимации. На текущий момент ускоренная анимация доступна не для всех вариантов отображения результатов и доступна только на Windows. 

 

Рисунок 35. Управление настройками метода создания анимации.

Помимо того, что ускоренная анимация работает быстрее, в ней также используются современные методы для достижения более точного отображения элементов SPH с гораздо меньшим объемом памяти.

Рисунок 36. Отображение SPH элементов.

Рисунок 37. Снижение расхода памяти.

Улучшения Mechanical API. Параметры векторного отображения результатов.

Векторные графики можно изменять с помощью свойства VectorDisplay.

Рисунок 38. Изменение параметров векторного отображения результатов с помощью свойства VectorDisplay.

Используя ViewOptions, можно управлять отображением объектов в графическом окне.

Рисунок 39. Управление отображением объектов в графическом окне с помощью свойства ViewOptions.

Обновление инструмента Probe

В предыдущих версиях инструмента Probe было важное ограничение – при изменении масштабного коэффициента перемещений все добавленные ранее пробы удалялись.

Теперь пробы перемещаются вместе с моделью при изменении масштаба отображения перемещений.

Рисунок 40. Пробы перемещаются вместе с моделью при изменении масштаба отображения перемещений.

Другое улучшение инструмента Probe связано с расширением настроек отображения текста. Теперь возможно изменить тип шрифта, его размер, стиль и цвет. В настоящий момент этот функционал доступен только на Windows. 

Рисунок 41. Настройки инструмента Probe в Mechanical.

Рисунок 42. Результаты изменения настроек.

Для опции General Axisymmetric появилась возможность указать количество узловых плоскостей (опция Nodal Planes Visible (Beta)) для отображения результатов. 

Рисунок 43. Настройки опции General Axisymmetric.

Рисунок 44. Результаты изменения настроек.

Для объектов Spring, Joints и Remote Displacement теперь доступно отображение уравнений связи между удаленными точками и объектами геометрии. Опция Remote Point Connections находится на панели инструментов во вкладке Display.

Рисунок 45. Отображение уравнений связи между удаленными точками и объектами геометрии.

В настройках Mechanical добавлена настройка Mesh Translucency, позволяющая управлять прозрачностью сетки. Настройка влияет на прозрачность всей сетки, кроме элементов точечной сварки - для улучшения их видимости.

Рисунок 46. Настройка Mesh Translucency.

Рисунок 47. Результат изменения прозрачности сетки.

Новая опция Image Plane from File позволяет импортировать изображения в Mechanical и размещать их в плоскостях. Данную функцию можно использовать для построения линий эскиза

Рисунок 48. Новая опция Image Plane from File.