Новые возможности ANSYS Mechanical 2021R1 часть 3

Аватар пользователя Sergey Khrulev
0 1109

Уважаемые коллеги!

По традиции мы продолжаем знакомить вас с новыми возможностями и инструментами крайней версии продуктов ANSYS. В этой части обзора мы рассмотрим нововведения в интерфейсе ANSYS Mechanical, улучшение производительности и хранения результатов, новые возможности по импорту данных, а также ANSYS AQWA и некоторые другие темы общего характера.

Интерфейс

  • В версии 2021 R1, список инструментов мониторинга решения в поле Solution Output ветки дерева Solution Information пополнился новым окномграфиком Solution History.

Рисунок 1. Solution History среди опций Solution Output

Solution History отображает накопленную историю статистики о выполненных решениях и результатах. Информация о решении отслеживается после каждого расчета и заносится в график. На отдельной вкладке инструмента отслеживаются данные о выбранных результатах, например о мин/макс значениях напряжений.

 

Рисунок 2. Интерфейс инструмента Solution History

Рисунок 3. Графики изменения результатов в Solution History

В окне Options (в разделе Analysis Settings and Solution) можно задавать количество сохраняемых точек (т.е. решений) и включать/выключать вкладку с отслеживанием результатов.

Рисунок 4. Опции инструмента Solution History

  • Кроме того, в окне опций был создан раздел Messages, в который были перенесены все настройки, связанные с выводом сообщений в процессе постановки и решения задачи, а также добавлены новые – регулировка наличия/отсутствия вывода сообщений с пометками Info и Warning.

Рисунок 5. Настройки вывода сообщений

  • Элемент для моделирования тонких тросов CABLE 280, уже несколько версий существующий в программе, теперь доступен из интерфейса Mechanical без использования командных вставок. Для разбиения линии (line body) этим элементом требуется всего лишь сочетание настройки Model Type = Cable в свойствах тела и выбора квадратичных элементов в настойках ветки Mesh.

Рисунок 6. Активация элементов для моделирования тросов

  • Пожалуй одним из самых радикальных нововведений в области интерфейса является возможность создания линий (Line Bodies) с нуля внутри самого интерфейса Mechanical, что отсеивает существенное количество причин возвращаться к исходному геометрическому файлу в CAD пакете. Доступ к новой панели инструментов построения линии Construction Line открывается при выборе нового объекта Line среди доступных вариантов в ветке вспомогательных построений Construction Geometry.

Рисунок 7. Панель инструментов для рисования линии

Рисунок 8. Пример нарисованных линий

Предлагаемый инструментарий пока еще достаточно ограничен по сравнению с аналогичными возможностями CAD пакетов, однако уже предлагает определенную гибкость в создании необходимых систем из линий: доступны прямые линии, полилинии, лассо, а также копирование линий загруженной геометрии и множество инструментов редактирования. Кроме того, линия может как быть нарисована в рамках предварительно установленного плоского эскиза, так и проведена в трехмерном пространстве без опоры на эскиз.

Рисунок 9. Формирования изображения линии, нарисованной в плоском эскизе

Рисунок 10. Линии, нарисованные в трехмерном пространстве без эскиза

Все линии, созданные в рамках одного объекта Line в Construction Geometry всегда объединяются в общий Part, однако не всегда с соединением по сетке (этот аспект важно проверять). На данный момент, в текущем релизе, этот функционал позиционируется как инструмент для создания сетей теплоносителя в известной методике расчета тепловых процессов в ANSYS Mechanical с использованием «балочного» элемента Fluid116 для разрешения этих самых сетей. Действительно, теперь можно достаточно просто и очень быстро «обвести» и/или примерно «обрисовать» имеющуюся геометрию контуром из линий. Тем не менее, нарисованные таким способом линии ни в чем не уступают классически созданным в SpaceClaim/DesignModeler и при определенной сноровке вполне уже могут быть использованы и при моделировании балочных и тросовых конструкций. Думаю, что в дальнейшем вполне можно ждать развития функционала и в этом направлении.

  • В новой версии был расширен список допустимых объектов для прикрепления граничных условий. Таким образом, многие привычные классические нагрузки теперь прикладываются например к облакам узлов или граням элементов.

Рисунок 11. Граничное условие Pressure прикреплено к облаку узлов.

 

  • После выполнения удаленного решения теперь доступно диалоговое окно RSM File Manager, которое позволяет выбирать (или удалять) файлы для загрузки с удаленной станции.  Функция активируется в категории Results диалогового окна Options.

Рисунок 12. RSM File Manager

Производительность

  • В версии 2021 R1 был улучшен функционал автоматического сжатия неэффективной нумерации КЭ модели, которая может иметь место при импорте из очень старой базы данных или стороннего CAE пакета. Обработка таких моделей стала существенно быстрее и расходует значительно меньше памяти.

Рисунок 13. Пример более эффективной обработки модели с несжатой нумерацией

  • Добавлена новая команда SFEBLOCK, которая по аналогии с другими block командами (например BFBLOCK и BFEBLOCK) позволяет формировать гораздо более легко читаемые базы данных.

Рисунок 14. Скорость чтения базы данных с командой SFEBLOCK выше, чем без нее

  • В новой версии добавлена возможность автоматического переключения решателя PCG (Iterative) на Sparse (Direct) в случае, когда задача расходится. Таким образом, общая устойчивость решения возрастает.
  • Также, теперь PCG решатель поддерживает шарниры (Joints) типов Revolute, Universal, Weld и General.
  • Кроме того, в актуальной версии 2021R1 реализовано взаимодействие с новыми видеокартами Ampere от NVIDIA, что делает GPU в Mechanical гораздо более эффективным. Однако, потребуется обновление GPU драйвера.

Рисунок 15. Эффективность GPU выросла

  • Среди прочих улучшений производительности также важно отметить:
    • Сжатие теперь активно по умолчанию для. Rnnn и. osav файлов (10% - 50% в среднем)
    • Поддержка Intel MPI 2018 Update 3 не изменилась
    • Поддержка Open MPI v3.1.5 улучшена для кластеров Linux с Mellanox Infiniband
    • Поддержка Microsoft MPI v10.0 не изменилась в новой версии (только Windows)

 

External Model

  • Традиционно, в блоке возможностей импорта моделей, немалая часть отводится на автоматическую расшифровку объектов и сущностей сторонних CAE решений. В частности теперь программа способна распознавать как абсолютно жесткие тела соответствующие объекты Abaqus (заданные как *RIGID BODY, ELSET=<elset_name>, REF NODE=<ref_node>). Нагрузки и граничные условия при этом автоматически применяются к опорному узлу, а также импортируются и все сопутствующие контакты. Поддержка реализована для твердотельной (Solid) и оболочечной (Shell) геометрии.

Рисунок 16. Импорт абсолютно жесткого тела из Abaqus

  • Импорт родных cdb моделей также не обошелся без улучшений – элементы нелинейных пружин COMBIN39 теперь распознаются как объекты Spring Connectors с таблично определенной жесткостью.

Рисунок 17. Импорт нелинейной пружины

  • В окне настроек Options в разделе Geometry добавлена настройка 2D Tolerance, благодаря которой можно избежать некоторых проблем с импортом 2D сетки. А именно, узлы (и соответствующие им элементы), находящиеся не в плоскости XY с указанным допуском импортироваться не будут.

Рисунок 18. Настройка 2D Tolerance

  • Ряд импортируемых нагрузок (температура, объемные силы, объемное тепловыделение, скорость) присваиваются через команды блочного типа BFBLOCK/BFEBLOCK. Это нововведение делает операции чтения и записи более быстрыми.

Рисунок 19. Объем данных традиционной команды (слева) и блочной (справа)

  • Специальное ACT расширение External study importer теперь поддерживает импорт и распознавание большого набора объектов из моделей Discovery, PTC и Autodesk Fusion.

Рисунок 20. Импорт модели из Creo

  • Граничное условие для чтения импортируемой из CFD нагрузки в акустическом гармоническом расчете (Imported CFD pressure в Harmonic Acoustics) теперь поддерживает чтение из CGNS файла, который записывается Fluent.

Рисунок 21. Чтение поля давления из Fluent в расчете Harmonic Acoustics

  • В рамках уже многолетнего тренда по совершенствованию методики расчета шума и вибраций электродвигателя добавлена новая возможность импорта объемной плотности сил Body Force Density из решателя Maxwell Eddy Current solver в Harmonic Response.

Рисунок 22. Дерево проекта расчета вибраций электродвигателя с импортированной плотностью сил

  • Методика одностороннего (1-way) FSI расчета для сочетания Fluent и Mechanical теперь поддерживает файлы формата Common Fluids Format (CFF).

Рисунок 23. Импорт нагрузки из CFF файла

 

  • Процесс импорта данных по электронным компонентам (imported Trace) получил новый метод интерполяции (Directional), позволяющий вычислять ортотропную проводимость на основе данных каждого элемента. Данный метод дает более точные результаты по сравнению с прочими.

Рисунок 24. Новая настройка интерполяции в окне свойств объекта

Рисунок 25. Вычисленные значения ортотропной проводимости

  • Ориентация систем координат элементов теперь может быть импортирована из External Data и присвоена к модели в качестве углов поворота. Соответствующий объект импорта поддерживает алгоритм взвешивания Quaternion и лучше всего подходит для задач с зависящими от направления моделями материалов, например композитов с короткими волокнами.

Рисунок 26. Объект импорта в дереве проекта и алгоритм взвешивания в его свойствах

Рисунок 27. Импортированные ориентации элементов

  • В версии 2021 R1 появилась возможность прикладывать импортированную конвекцию к угловым узлам элементов (прежде это могли быть только центры тяжести граней элементов). Новый вариант позволяет сформировать более плавный профиль нагрузки, однако и старый подход оставлен в качестве одной из двух опций.

Рисунок 28. Импорт конвекции на угловые узлы

  • Также повышается общее удобство работы с внешними данными. В частности, уже ранее была добавлена опция Files Import Type – By Reference, позволяющая не копировать исходную информацию внутрь проекта Workbench, а нововведением уже нынешней актуальной версии является работа этой функции и при создании архива проекта.

Рисунок 29. Настройка Files Import Type в проекте Workbench

Рисунок 30. Внешние данные теперь также сохраняются в архиве

 

  • Ну и наконец ряд новых возможностей появился в функционале экспорта данных в NASTRAN:
    • WTMass позволяет менять массовые характеристики модели
    • Определяющая система координат (definition CS) может быть смещена относительно глобальной (но не может быть повернута)
    • Ориентация балок по узлу конвертируется в ориентацию по вектору
    • Плотность оболочек теперь также передается вместе с жесткостью 

Рисунок 31. Опции экспорта в NASTRAN

Рисунок 32. Замена ориентации по узлу на ориентацию по вектору

Результаты

  • Новая настройка графического отображения в диалоговом окне Options (Use Deformed Edge for Slice ISO) добавлена для того, чтобы можно было по умолчанию при использовании отображения результатов в режимах сечений (IsoSurfaces, Capped IsoSurfaces, и Section Planes) в качестве границ модели (Show Undeformed WireFrame) видеть деформированный вариант вместо недеформированного.

Рисунок 33. Местоположение новой опции отображения результата

Рисунок 34. Отображение результата в сочетании режимов Capped IsoSurfaces и Show Undeformed WireFrame с новой опцией (сверху) и без нее (снизу)

  • В версии 2021R1 инструмент для получения точного значения результата в точке поля (Probe) получил возможность привязки к узлам сетки конечных элементов (в том числе и к серединным узлам квадратичных элементов). Привязку можно включить/выключить при помощи специальной отсечки в интерфейсе рядом с кнопкой вызова самого инструмента.

Рисунок 35. Применение Probe с привязкой к узлам сетки

  • Для некоторых данных результатов (напряжения, упругие деформации, пластические и тепловые деформации, а также деформации ползучести) была разработана новая система хранения - Nodal Averaged Results (NAR). Идея в том, чтобы хранить в файле результатов уже усредненные данные (Nodal Solution в терминологии классики MAPDL и Averaged в терминологии Mechanical), что позволяет сэкономить пространство на жестком диске (около 21% в среднем), т.к. традиционное хранение (Element Solution) подразумевает несколько значений результата в каждом узле, а NAR – одно единственное. С другой стороны, нетрудно видеть, что отсутствие в файлах результатов исходного не усредненного решения несколько ограничивает возможности обработки результатов, в частности по направлениям локальных систем координат, так что применение методики должно быть обосновано (наиболее широкое применение предполагается в задачах моделирования процессов аддитивного производства). Подход поддерживает использование элементов MATRIX50, PLANE182/183, SOLID185/186/187 и контактов, и не поддерживает использование циклической симметрии, а также спектральные расчеты (Response Spectrum и Random Vibration). Активация NAR производится при помощи команды OUTRES, NAR, а визуализация контурных графиков в Mechanical выполняется при помощи специальных выражений для пользовательского результата (User Defined Result).

Рисунок 36. Сравнение NAR и ESOL хранения по степени сжатия

Рисунок 37. Выражения для вывода NAR результатов

Рисунок 38. Вывод NAR результатов ограничен глобальной системой координат

 

Гидродинамика (AQWA)

  • В новой версии была добавлена возможность включать в расчет во временной области маневровые силы (maneuvering force) как в случае регулярных, так и в случае нерегулярных волн.

Рисунок 39. Строка добавления маневровой силы

Рисунок 40. Влияние маневровой силы на движение судна

  • Также, теперь можно в рамках одного окна Mechanical просматривать и сравнивать результаты нескольких разных расчетов AQWA.

Рисунок 41. Схема проекта из нескольких расчетов AQWA

Рисунок 42. Выбор из нескольких расчетов в свойствах графика

Рисунок 43. Сравнение результатов нескольких расчетов

  • Кроме того, список доступных инструментов пополнился несколькими новыми волновыми спектрами.

Рисунок 44. Новые волновые спектры

Общие темы

  • Также имеет смысл упомянуть несколько обновлений общего характера. В частности в версии 2021R1 запущено взаимодействие среды распределенных вычислений параметрических задач DCS и оптимизатора optiSLang.

Рисунок 45. DCS, optiSLang и Mechanical

  • Из вышеупомянутого взаимодействия, в сочетании с уже ранее представленными в продуктах инструментами, вырисовывается довольно интересная процедура, которую можно назвать Generative Design:
    • Топологическая оптимизация методом Level set в ANSYS Mechanical
    • Параметрическая оптимизация при помощи алгоритмов ANSYS optiSLang
    • Масштабный расчет большого количества вариантов при помощи ANSYS DCS
    • Создание итоговой геометрии из лучшего решения при помощи ANSYS SpaceClaim.

 

Рисунок 46. Схема постановки задачи оптимизации по процедуре Generative Design

 

Рисунок 47. Схема завершающих этапов процедуры Generative Design

  • В Mechanical интегрировано новое ACT расширение Bolt Tools, посвященное рационализации процесса задания болтовых соединений.

Рисунок 48. Панель инструментов расширения ACT Bolt Tools

 

  • Кроме того, лицензирование в Mechanical теперь не зависит от Workbench и настраивается в опциях Licensing вкладки File.

Рисунок 49. Выбор лицензии Mechanical

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии