Новые возможности ANSYS Mechanical R19.1

Вашему вниманию традиционно предлагается обзорная статья по новым возможностям свежего релиза - ANSYS Mechanical R19.1. Поговорим о самых важных и полезных нововведениях ANSYS в области механики.

Общие обновления

Начнем разговор с нововведений общего плана, касающихся в основном удобства работы.

• Опции Copy/Paste/Duplicate/Cut теперь можно использовать для групп Groups.

Рисунок 1. Опции для меню Groups.

• На контекстную панель добавлена новая опция Hide (или Show) bodies, которая позволяет быстро скрывать (или открывать) тела на основе их типа: Solid Bodies, Surface Bodies, или Line Bodies. Работает как на уровне отдельных тел Bodies, так и на уровне деталей Parts.

Рисунок 2. Скрыть тела по типу

• Mechanical больше не запрещает менять тип расчета Analysis Type (2D/3D) после первого импорта геометрии. Раньше, Analysis Type можно было указать только при первом запуске модели.
• В ходе обновления геометрии Geometry Update, из-за изменений в топологии, некоторые объекты в дереве Mechanical могут потерять всю или часть присвоенной геометрии. Mechanical теперь выдает предупреждение (warning message) когда один или более объекты теряют часть присвоенной геометрии в ходе обновления. Появился новый тип фильтра для дерева: Scoping. Эта опция отображает объекты, потерявшие все (All) или часть (partial) прикрепления.  Фильтрация частично прикрепленных объектов позволяет выводить в дереве объекты, требующие внимания, т.к. часть их прикрепления была утеряна в ходе обновления геометрии.

Рисунок 3. Потеря закрепления

• При вращении геометрии путем выбора триады triad (нижний правый угол графического окна), Mechanical сделает минимально необходимое вращение для получения ортогонального вида. Это гораздо более удобная система вращения, аналогичная той, что в SpaceClaim.
• Тела линии теперь можно задавать как link через интерфейс, без использования командных вставок. Link’и имеют только X, Y и Z степени свободы (DOF) и часто используются в задачах с тросами или подобными им объектами.

Рисунок 4. Опция Link для тел линий

• Новый тип графического отображения Display Style - Body Type доступен для окрашивания тел в соответствии с их типом.

Рисунок 5. Окрашивание тел по типу элементов

• Теперь доступна возможность импорта STL геометрии (.stl) в Mechanical через ячейку Geometry  на странице проекта Workbench.  STL файлы широко используются в задачах 3D печати. Обратите внимание, что для файлов этого типа, сетка может быть создана только с помощью методов фасеток вроде Cartesian или Patch Independent Tetrahedron.

Рисунок 6. Импорт STL геометрии

Модели материалов

В новой версии есть также ряд интересных нововведений в области создания моделей материалов.

• Дерево в Mechanical теперь содержит новую папку Materials, содержащую информацию о материалах расчета. Каждый материал, используемый в расчете, показан как объект дерева, с информацией о свойствах и телах, к которым присвоен. Кроме того, эта папка содержит другие объекты, связанные с материалами, включая Material Assignments, Material Plots, и Imported Material Fields

Рисунок 7. Ветка Materials

 

• Новый объект Material Assignment создан для доступа к материалам через объект, похожий на граничное условие. Тела можно прикреплять через выбор геометрии и именованные наборы Named Selection. Все прикрепленные тела будут использовать общий ID материала во входном файле. Таким образом, теперь есть возможность одной командной вставкой изменить свойства сразу нескольких тел (например, изменения в модели материала).

Рисунок 8. Объект присвоения материалов

• Более ста новых образцов материалов от Granta Design включены в версию 19.1. Большой выбор металлов, пластиков, древесины и прочего уже в новой библиотеке "Granta Design Sample Materials".

Рисунок 9. Новые готовые материалы

• Тепловые свойства материала (Thermal Conductivity и Specific Heat) можно задать меняющимися либо от XYZ координат в пространстве, либо от пользовательских переменных.

Рисунок 10. Меняющиеся в пространстве тепловые свойства материалов

• При первом запуске геометрии, телам, не имеющим материала, присвоенного в CAD пакете, будет присвоен материал по умолчанию. При последующих обновлениях геометрии, новым телам, без материала из CAD пакета больше не будет присвоен материал по умолчанию. Пользователям нужно будет указать прикладываемый материал для новых тел. Также есть возможность активировать присвоение материала по умолчанию при помощи свойства ‘Assign Default Material’ под веткой Geometry. Кроме того, есть настройка и в preference, чтобы задавать поведение по умолчанию для новых проектов

External Model и работа со сборками

Традиционными являются обновления инструмента по импорту данных. External Model теперь поддерживает:

• Команды INCLUDE из NASTRAN
• Нормальное давление:
  • CDB: SFE команды. Поддерживаются элементы

SURF154, SOLID185, 186, 187, 285, SHELL181, 281

• • ABAQUS: команды DLOAD и DSLOAD 
  • NASTRAN: команды PLOAD, PLOAD2 и PLOAD4

Рисунок 11. Давление в External Data

 

• Импорт Link/Spar/Rod элементов таких как Links

• MAPDL : LINK33, LINK34, LINK180
• ABAQUS : T3D2, T3D3 (срединные узлы игнорируются)
• NASTRAN : CROD, CONROD

• Зеркальное отражение сетки (mirroring). Плоскость зеркала и ее положение можно указать.

Рисунок 12. Зеркальное отражение сетки

Постановка задачи и нагрузки

В данном разделе представлено несколько нововведений, относящихся к препроцессингу.

• Раздел Scope в объекте контактной пары Contact Region теперь имеет новое свойство: Beam-Beam Detection. Это свойство позволяет указывать максимальное количество целевых сегментов, взаимодействующих одновременно с каждой точкой определения контакта. В дополнение, опция Internal Pipe Contact данного свойства позволяет смоделировать балку (или трубу), скользящую внутри другой полой балки (или трубы).

Рисунок 13. Внутренний контакт балочных элементов

• Следующие тепловые нагрузки теперь поддерживают прикрепление к КЭ объектам:

• Temperature: поддерживает узлы, грани элементов, и сами элементы.
• Convection: поддерживаются грани элементов.
• Radiation: поддерживаются грани элементов.
• Heat Flux: поддерживаются грани элементов

Рисунок 14. КЭ тепловые нагрузки

• Несколько CFD поверхностей или доменов теперь можно выбрать с помощью Ctrl+ select

Рисунок 15. Выбор поверхностей

• Импорт нескольких шагов по времени для данных из CFD. Новая опция “Source Time” позволяет импортировать данные для всех шагов по времени или для какого-нибудь промежутка времени.

Рисунок 16. Выбор момента истории

• Новая опция “Sync Analysis Times” настраивает analysis settings в соответствии с тем же количеством шагов и времени, что и в импортированной нагрузке, за один клик.

Рисунок 17. Выбор момента истории

Решение и результаты

Нововведения не обошли стороной и постпроцессинг.

• Свойство Solver Output в объекте Solution Information имеет новую опцию: Solution Statistics. Эта опция представляет краткую сводку по решению, машине и HPC.

Рисунок 18. Страница статистики решения

• Графики трекеров Result Plot Trackers можно теперь добавить в любой момент во время решения. В предыдущих версиях, эта опция была доступна только для расчета топологической оптимизации. Теперь, она расширена до Structural и Thermal расчетов.

Рисунок 19. Трекеры результатов

• Теперь доступны следующие дополнительные Contact Trackers:

• Total Force From Contact Pressure X: Полная сила вдоль оси X от контактного давления.
• Total Force from Contact Pressure Y: Полная сила вдоль оси Y от контактного давления.
• Total Force from Contact Pressure Z: В 3D модели, данная опция сообщает полную силу вдоль оси Z. В 2D осесимметричной модели, данная опция сообщает максимальный крутящий момент, потенциально действующий по оси Y.
• Total Force from Tangential Stress X: Полная сила вдоль оси X от касательного напряжения.
• Total Force from Tangential Stress Y: Полная сила вдоль оси Y от касательного напряжения.
• Total Force from Tangential Stress Z: Полная сила вдоль оси Z от касательного напряжения.
• Sliding Indication: индикация скольжения вычисляется по следующей формуле.

В уравнении, MU – это коэффициент трения контакта Frictional Contact.

Рисунок 20. Трекеры результатов контакта

• Результаты Linearized Stress имеют новое свойство: Zero Through-Thickness Bending Stress. Это свойство доступно только в 3D расчете. При активации, приложение игнорирует вычисления для изгибных напряжений вне плоскости.

Рисунок 21. Линеаризация напряжений

• Анимации теперь можно экспортировать в нескольких форматах (AVI, MP4 и WMV)

Топологическая оптимизация и аддитивное производство

Кроме ставших уже традиционными обновлений расчета топологической оптимизации, в новой версии также уделено внимание и новому типу расчета процесса аддитивного производства.

• Условие Manufacturing Constraint теперь предлагает категорию Scope в окне свойств для Pull Out Direction, Cyclic, и Symmetry опций свойства Subtypes. Опции прикрепления позволяют связать эти ограничения с телами и элементами сетки, либо на основе геометрии либо на основе именованных наборов Named Selections.
• Условие Response Constraint теперь предлагает Scope категорию в окне свойств. Эта категория позволяет прикреплять Local von-Mises Stress Constraint к ребрам, граням, телам, и элементам сетки. В дополнение, есть возможность прикрепить Displacement и Reaction Force ограничения к вершинам, ребрам, граням, телам, и узлам сетки. Для прикрепления элемента и узла, можно указывать один или несколько узлов, или элементов.

Рисунок 22. ГУ на основе именованного набора

• Результаты Topology density и Topology elemental Density теперь могут быть извлечены по указанной итерации в окне свойств.

• Анимация: Результаты будут анимированы по номеру итерации
• Max number of Intermediate files: Значение по умолчанию было изменено на “Equal to Number of Iterations”, что сохраняет все промежуточные файлы.

Рисунок 23. Итерации и анимация истории топологической оптимизация

• Решатель теперь использует среднее по элементу значение эквивалентного (von-Mises) напряжения в ГУ stress constraint. При ограничении значения максимального напряжения на наборе элементов, используется новая методика, которая более точно аппроксимирует максимум.
• ANSYS Additive Suite, дополнительный продукт на уровне Mechanical Enterprise, позволяет моделировать процессы аддитивного производства. Программно сгенерированные опоры можно создать (при необходимости). Моделирование процесса производства позволяет моделировать шаги теплового нагружения, послойного построения детали и удаления опор. Также доступен мастер (wizard) для помощи пользователю.

Рисунок 24. Процесс построения детали

Рисунок 25. Настройки моделирования построения детали

Акустика

В новой версии также представлен ряд интересных нововведений в области расчетов акустики.

• В версии 19.1 теперь доступны статический и преднапряженный модальный акустические расчеты. Новая система Static Acoustics может быть основой для Modal или Harmonic Acoustics и используется для предварительного напряжения конструкционных компонентов.

Рисунок 26. Статический акустический расчет

• Результаты Microphone Results теперь позволяют указывать девять положений микрофона с помощью новой опции Worksheet Definition Method.
• Появился новый результат Diffuse Sound Field Transmission Loss - прогнозирование потерь при передаче в панели конструкции, определенной через Diffuse Sound Field excitation (APDL команда PRAS, DFSTL)
• Новый результат - эквивалентная излучаемая мощность (ERP & ERPL) позволяет оценить мощность звука, испускаемую колеблющейся поверхностью конструкции (APDL команда PRAS,ERP). Его можно построить в виде графика зависимости от частоты в 3D Harmonic Response и Harmonic Acoustics (требует наличия конструкции Structural Physics Region).

Рисунок 27. Эквивалентная мощность

• Новое свойство Morph Elements дает возможность задавать деформируемые элементы на границе между акустической средой и конструкцией. Опция Program Controlled в свойстве Morph Elements ведет себя следующим образом:

• если большие перемещения выключены -> morph keyopt деактивирована
• если большие перемещения включены -> morph keyopt деактивируется для акустических тел, связанных с конструкцией и если PML область не активна, тело не связано ни с поглощающими элементами ни с контактом.

Механика разрушения и усталость

Помимо прочего есть несколько интересных нововведений для механики разрушения и усталости.

• Объект Smart Crack Growth теперь имеет новое свойство: Stop At Max Crack Extension. С помощью этого свойства, можно указать максимальное расстояние для прохождения трещины. Как только предел на развитие трещины будет достигнут, приложение остановит процесс решения. Если предел на развитие трещины не достигается в ходе решения, то оно завершается нормально.

Рисунок 28. Опция остановки роста трещины

• Инструмент Fatigue Tool теперь поддерживает температурную зависимость S-N кривых. Обратите внимание, что в Engineering Data свойства материала Alternating Stress Mean Stress и Alternating Stress R-Ratio больше не доступны в разделе Life. Их заменили свойством S-N Curve, вместе с новыми Mean Stress и R-Ratio переменными, как и с переменной Temperature.

Улучшения Workbench

Основным нововведением самой платформы является долгожданная возможность сочетания проектов в Workbench.

• Архивированные проекты теперь можно импортировать внутрь активных сессий, что означает возможность сочетания проектов. Среди прочего, это позволяет нескольким пользователям работать вместе над отдельными проектами, а потом собирать их в общий.
• Когда расчет включает в себя одно или несколько ГУ интерфейсов Fluid Solid Interface, ветвь среды предоставляет новую опцию, Write System Coupling Files. Эта опция создает входной (.dat) файл вместе с system coupling (.scp) файлами для использования при запуске System Coupling расчета с помощью System Coupling консоли.

Рисунок 29. Запись System Coupling файлов

Производительность

И в качестве заключения - традиционные улучшения производительности программы.

• Добавлен оптимизированный код для поколения Volta-generation GPU от NVIDIA. Новое поколение (Volta) карт существенно быстрее предыдущего (Pascal). Улучшена производительность на всех NVIDIA GPU картах.

Рисунок 30. Улучшение производительности GPU

• Кроме того, решение в параллельном режиме теперь поддерживается с опцией SMART fracture (только BETA!).
• Также значительно улучшена производительность линейных расчетов с большим количеством шагов (load steps).

Рисунок 31. Улучшение производительности многошагового линейного расчета