Новые возможности ANSYS Mechanical R19.2

Аватар пользователя Sergey Khrulev
0 506

Вашему вниманию традиционно предлагается обзорная статья по новым возможностям свежего релиза - ANSYS Mechanical R19.2. Поговорим о самых важных и полезных нововведениях ANSYS в области механики.

Аддитивное производство

Недавно реализованные методики расчетов процессов аддитивного производства в новой версии получили дальнейшее развитие. 

  1. Additive Print
      • Расширена документация. Включает подробную пошаговую процедуру калибровки машин аддитивного производства из металла
      •  Несколько последовательных расчетов можно поставить в очередь при решении
      • Дополнительный входной параметр позволяет настраивать поведение материала в области пластического деформирования (Коэффициент упрочнения strain hardening factor является входной величиной)
  2. Additive Suite – теперь включает движимую физикой оптимизацию решетчатых структур (Lattice Optimization)

 

Рисунок 1. Результат оптимизации решетчатой структуры

  1. Workbench Additive
    • Ряд улучшений интерфейса для удобства работы
    • Больше возможностей регулировать положение опор в проекте
    •  Более подробная документация и дополнительные исследования на предмет сравнения результатов моделирования с реальными испытаниями

 

Workbench LS-DYNA

  1. При помощи объектов интерфейса Workbench LS-DYNA теперь можно задать формулировку контакта Tied Shell Edge. Эта формулировка позволяет связывать ребра оболочки с гранями оболочки. Возможность задания появляется при работе с MPC формулировкой объекта контакта.

Рисунок 2. Tied Shell Edge Formulation

  1. Нагрузка Bolt Pretension теперь работает и на этапе явных вычислений (ранее она была доступна только на этапе динамической релаксации).

 

Рисунок 3. Затяжка болта

  1. Решатель ANSYS LS-DYNA улучшен до версии R10.1 для всех вариантов (одинарная и двойная точность, SMP и MPP)

Явная динамика

  1. External Data – Давление
  • Для реализации импорта внешних нагрузок давления External data теперь можно связывать с ячейкой setup в Explicit Dynamics.
  • После того как шаблоны будут связаны, папка imported load появится в дереве, где уже можно будет выбрать давление (pressure).
  • Опции интерполяции (Mapping options) в наличии.

 

Рисунок 4. Использование External Data в явной динамике

  1. Объект Body Control.
      • Новый объект (прикрепляется к телам) позволяет задавать настройки Analysis Settings отдельно по каждому телу.
      • Значения по умолчания такие же как program controlled в общем Analysis Settings.
      • Настройки в Body Control заменяют собой Analysis Settings.

Рисунок 5. Объект Body Control

 

  1. Пошаговое задание статического демпфирования

Настройки Analysis settings на каждый шаг по отдельности есть уже достаточно давно. Теперь же поддерживается новая “зависимая от шага” настройка: Static Damping.

Рисунок 6. Зависимое от шага статическое демпфирование

  1. Теперь поддерживается также модуль импорта External Model.

Призван заменить собой FE modeler:

  • External model доступен для Explicit Dynamics
  • Принимаются входные файлы из: Nastran (.bdf,.dat,.nas), Abaqus (.inp), MAPDL
    (.cdb), LS-DYNA (.k)

Геометрия:

  • 2D/3D
  • Балки, оболочки, солиды
  • Жесткие/деформируемые тела
  • Подавленные тела
  • Присвоенные модели материала
  • Сечения и ориентации балочных элементов

Модели с:

  • Системой единиц
  • Системами координат
  • Сеткой
  • Именованными наборами
  • Толщиной оболочек,
  • Контактами,
  • Удаленными точками

Не поддерживаются:

  • Пружины
  • Точечные массы
  • External model>Mesh System>Autodyn Component System

 

Топологическая оптимизация и линейная динамика

  1. Топологическая оптимизация
      • Топологическая оптимизация теперь поддерживает операционную систему Linux.
      • Создана новая опция Lattice Optimization для оптимизации внутренней решетчатой структуры.

 

Рисунок 7. Включение оптимизации решетчатой структуры и разные варианты решеток

 

 

Рисунок 8. Результат оптимизации решетчатой структуры

Рисунок 9. Варьирующаяся в пространстве толщина решетки

  • Новое граничное условие топологической оптимизации AM (Additive Manufacturing) Overhang создано для получения самостоятельно опирающихся конструкций. Такая конструкция создается на основе опций направления печати Build direction и Overhang angle. Поддерживается с лицензией Additive Suite.

 

Рисунок 10. Использование граничного условия AM Overhang Constraint

Рисунок 11. Сравнение результатов топологической оптимизации без AM Overhang (сверху) и с ней (снизу)

      • Кроме того, в новой версии инерционные и тепловые нагрузки в предварительном статическом расчете работают и в сочетании с модальным анализом.
  • Также появилась настройка области воздействия производственного граничного условия Region of Manufacturing constraint, поддерживающая опции Include/Exclude Exclusions. По умолчанию стоит Include Exclusions. Поддерживается для Pull out, Extrusion, Cyclic и Symmetry Manufacturing constraint. Ограничения работают и для области exclusion region при выборе Include exclusions. Такое использование означает, что данное производственное ограничение распространяется также и на области, исключенные из топологической оптимизации.
  • Как отдельный частный случай предыдущего пункта теперь еще есть настройка Region of Min Member Size, поддерживающая опции Include/Exclude. По умолчанию Exclude Exclusions. Ограничение Minimum member size удовлетворяется и в области exclusion region при включении Include Exclusions.
  1. Метод суперэлемента CMS в модальном анализе

Метод суперэлемента Component Mode Synthesis (CMS) теперь поддерживается и в модальном анализе. CMS Modal как и его аналог в RBD состоит из трех стандартных шагов: 1. Generation pass (создание суперэлемента) 2. Use pass (проведение расчета) и 3. Expansion Pass.(обработка результатов в суперэлементе)

Рисунок 12. Создание суперэлемента

Рисунок 13. Обработка результатов суперэлемента

  1. Акустика
  • В новой версии появилась возможность проводить преднапряженный акустический гармонический расчет.
      • В дополнение к Modal Acoustics, FSI Harmonic Acoustics можно провести после получения предварительного напряжения.
      • В последующем расчете определяются все акустические граничные условия, за исключением absorbing elements, transfer admittance matrix и LRF модели.
      • Поддерживаются все результаты.

 

      • Циклическая симметрия теперь поддерживается в FSI расчетах.
      • Cyclic и Pre-Meshed Cyclic объекты теперь поддерживаются в FSI Modal (без демпфирования), Harmonic Acoustics (включая предварительное напряжение)
      • Типичное применение: Гидротурбины

Рисунок 14. Циклическая симметрия в FSI акустическом расчете

      • Модель сокращения низких частот
      • В новой версии можно задавать Low Reduced Frequency модель (TB,AFDM,,,,THIN/RECT/CIRC) для вязко-тепловых потерь в акустическом гармоническом
        анализе.

Рисунок 15. Объект Low Reduced Frequency Model

 

  1. Новая опция для удаленных нагрузок в MSUP гармоническом расчете.
      • Remote Force и Moment в связанном MSUP Harmonic Response расчете имеют новую опцию, Loading Application, которая позволяет указывать прикладывается ли нагрузка с помощью векторов load vectors (по умолчанию) или через таблицы в Harmonic analysis.
      • Опция Load Vectors может увеличить время решения в модели с большим количеством удаленных нагрузок. В этих случаях, прикладывание нагрузки напрямую с помощью таблиц приводит к более быстрому решению.

Рисунок 16. Опция Loading Application

  1. NVH

В новой версии можно импортировать плотность сил по поверхности (Surface Force Density) из Maxwell.

      • В предыдущих версиях, импорт нагрузок Surface Force Density из Maxwell был ограничен единственной частотой. Это ограничение теперь убрано.
      • В R19.2, нагрузки Surface Force Density можно импортировать и прикладывать на нескольких частотах в гармоническом MSUP расчете.
      • Импортированные нагрузки Surface Force Density теперь имеют новое свойство, Source Frequency, которое позволяет автоматически заполнять страницу worksheet для всех частот (All) из предварительного расчета Maxwell.
      • В дополнение, можно вручную указать исходные частоты (Worksheet) или автоматически заполнить на основе указанного диапазона (Range).

Рисунок 17. Импортирование Surface Force Density

  1. Прочие улучшения в области линейной динамики.
  • Подшипники Bearings поддерживаются на больших перемещениях для Static и Transient Structural расчетов.
  • Новые результаты по объему Volume и Volume Probe поддерживаются для тел и элементов.
  • Создание температурных результатов из таблицы папки Solution теперь срабатывает на основе моментов времени, указанных в том же окне tabular data.
  • Beam, Joint и Spring объекты теперь имеют новое свойство: Element APDL name. Это свойство позволяет определять APDL параметр и присваивать его элементу Beam, Joint и Spring.

Рисунок 18. Прочие улучшения

Beta опции

  1. Улучшение затяжки болта (19.2 Beta.)

Нагрузку Bolt Pretension можно приложить к нескольким телам, граням и ребрам с помощью новой опции Solve Behavior Option (Beta) как Combined (по умолчанию) или Individual. Если выбрано Individual, то id номер затяжки во входном файле создается для каждого отдельного выбора. Выбор нескольких граней/ребер не поддерживается для опции Combined. Несколько граней одного тела не поддерживаются в опции Individual. Несколько ребер одного тела поддерживаются опцией Individual.

Рисунок 19. Настройка поведения в Bolt Pretension

  1. Топологическая оптимизация (19.2 Beta.)
      • Новая бета опция позволяет проводить тепловую топологическую оптимизацию с тепловыми целевыми функциями массы, объема и податливости (thermal compliance), а также с тепловым граничным условием Temperature для одного предварительного стационарного теплового расчета.

Рисунок 20. Тепловая топологическая оптимизация

  • Добавлен новый объект Smoothing в результате Topology Density, что позволяет создать сглаженную STL.

Рисунок 21. Автоматическое создание сглаженной STL геометрии

Rigid Body Dynamics

  1. Новое ACT расширение для передачи нагрузок в статический расчет (Motion Load)

Добавлена новая процедура для экспорта нагрузок из RBD в Static Structural, основанная на возможности экспорта сборок в обновленной конфигурации после RBD расчета. Динамические нагрузки выбранного тела теперь отправляются в расчет напряжений одной кнопкой.

Рисунок 22. Экспорт нагрузок в статический расчет при помощи единственной кнопки

  1. External Model: Теперь доступно импортирование слоев композитного материала в расчет динамики абсолютно жестких тел.
  • Поддерживаемые команды
    • MAPDL (CDB)
      • SECTYPE
      • SECDATA
      • SECBLOCK
      • SECOFFSET
    • NASTRAN
      • PCOMP
      • PCOMPS
      • PCOMPG
  • Поддерживаются как оболочечные композитные тела, так и Solid’ы.

Рисунок 23. Импорт слоев композитного материала в RBD

 

Mechanical

  1. Создание нового расчета в Mechanical

Недавно появившееся выпадающее меню New Analysis на панели инструментов было расширено до всех доступных типов расчета Mechanical. Использование данного меню также добавляет соответствующую систему расчета, со всеми необходимыми связями, на схему проекта.

Рисунок 24. Добавление нового расчета в Mechanical

  1. Создание связей между расчетами.

Mechanical теперь позволяет создавать и удалять связи между расчетами, такие как Thermal-Stress или Pre-Stressed Modal, изнутри, без необходимости возвращаться на схему проекта. Новая возможность автоматически создает или удаляет связи между соответствующими модулями на схеме проекта Workbench. Поддерживаются все связываемые расчеты.

Рисунок 25. Удаление и создание связей для связываемых расчетов

  1. Удаление расчетов в Mechanical

Теперь есть возможность удалить расчеты из-под Mechanical, если модель, конечно, содержит более, чем один расчет. Это действие также удаляет соответствующие модули со схемы проекта Workbench.

 

Рисунок 26. Удаление расчета из Mechanical

  1. Сохранение и архивация проекта.

Mechanical теперь имеет в своем File меню опции Save Project As и Archive Project для сохранения и архивации проекта соответственно.

Рисунок 27. Сохранение и архивация проекта в Mechanical

  1. Выбор лицензии.

В окне свойств ячейки Model на схеме проекта Workbench были добавлены новая категория и свойство (License), которое позволяет напрямую указывать лицензию для запуска новой сессии Mechanical.

Рисунок 28. Возможность выбора лицензии

 

  1. Экспорт.

Новая категория в Export доступна в окне preferences.Раздел Views предоставляет свойство File Directory, которое позволяет указывать локацию, куда по умолчанию будут экспортироваться и/или импортироваться графические виды, которые вы создадите.

Рисунок 29. Новый раздел Views

  1. Запись величин постоянного нагружения во входной файл.

Для большинства граничных условий в Static Structural, Transient Structural, Steady-State Thermal, Transient Thermal, Electric, и Thermal-Electric расчетах, способ, которым приложение, записывает величины постоянного нагружения во входной файл, изменился. В предыдущих версиях, приложение конвертировало величины в таблицу во входном файле. Теперь, оно записывает данные нагружения напрямую как постоянную.

  1. Обратная визуализация.

Invert Visibility - это новая опция контекстного меню (правая кнопка мыши), позволяющая одновременно отобразить все тела, которые были скрыты, и наоборот – скрыть все тела, которые были видны до текущего момента.

Рисунок 30. Опция Invert Visibility

  1. Сцепление удаленных точек.

В 19.2, объект Remote Point обладает новыми опциями прикрепления: Remote Points и Remote Points and Nodes. С помощью этих опций, можно прикреплять удаленную точку к одной или более другим удаленным точкам, как и узлам таким образом создавая “цепь” из удаленных точек.

Рисунок 31. Сцепление удаленных точек

  1. В новой версии появились дополнительные КЭ нагрузки (точнее новые возможности прикрепления граничных условий к сетке).
  • Fixed Supports теперь прикрепляется к узлам и граням элементов.
  • Internal Heat Generation нагрузки теперь прикрепляются к элементам.
  • Heat Flow нагрузки прикрепляются к граням элементов.
  1. Импорт STL в качестве вспомогательной геометрии (Construction Geometry)

Новая опция в ветке Construction Geometry, STL, позволяет импортировать и просматривать STL файл в модели, в Mechanical.

  • Как только указа путь до STL файла, нужно еще нажать “Import STL File” для загрузки графики
  • Свойства цвета, единиц, и визуализации указываются в окне свойств
  • После импорта, система отображает статистику (подсчет треугольников в STL файле)
  • STL можно перемещать (с помощью ACT) и масштабировать (использовать другие единицы при импорте)
  • С помощью кнопки “Show mesh” треугольники можно сделать видимыми.

Рисунок 32. STL геометрия в Costruction Geometry

  1. Composite Sampling Point Tool.

Новый инструмент Composite Sampling Point Tool, перенесенный в Mechanical прямо из Composite Prepost, показывает распределение результата «сквозь толщину» в указанной точке ламината композитного материала. Работает совместно с Composite Failure Tool.

Рисунок 33. Работа с инструментом Composite Sampling Point Tool

Рисунок 34. Результаты инструмента Composite Sampling Point Tool

ANSYS Material Designer

Про это нововведение есть отдельная статья на нашем блоге, так что здесь не будем повторяться.

Решатели Mechanical APDL

Новые возможности

      • Поддержка для INTER202/203/204/205

В новой версии улучшено масштабирование:

      • Значительно улучшена производительность решателей Block Lanczos и Subspace при запуске на больших количествах ядер (> 64).
      • Улучшено масштабирование для моделей, включающих контактные элементы с алгоритмом Normal Lagrange и small sliding поведением.

Сравнение производительности решателя Block Lanczos. Тестовая задача:

  • 9.7 миллионов степеней свободы; решатель Block Lanczos
  • Модальный анализ с элементами SOLID187
  • Кластер Linux; каждый вычислительный узел содержит 2 Intel Xeon Gold 6148 процессора, 384 GB RAM, SSD, CentOS 7.3, Mellanox EDR Infiniband

 

Рисунок 35. Геометрия тестовой задачи

 

Рисунок 36. Сравнение производительности в тестовой задаче

    • Значительна улучшена производительность для перезапусков задач, включающих уравнения связи со множеством членов.
    • Улучшена производительность для моделей, включающих «несжатые» номера узлов (т.е., максимальный номер узла>> количества созданных узлов).

Модели материалов

Дополнены модели, с помощью которых можно моделировать термомеханическую усталость.

  • Получены многослойные модели вязкопластичности:
      • Работают как улучшение однослойной модели.
      • Они способны описать несколько явлений зависимости от скорости нагружения, возникающих в материалах, подверженных большим диапазонам напряжения и температуры.
  • Обновление модели чугуна (Cast Iron) на предмет включения пластичности по Шабошу (Chaboche Kinematic hardening).
      • Добавлена возможность использования Cast Iron модели в ситуациях циклического нагружения.

 

MAPDL элементы

  1. Введена в строй новая методика «обратного» решения.
  • Прямое решение.
    В обычном прямом решении в качестве входных данных мы имеем свойства материала и недеформированную геометрию. Результатами расчета будут деформированная геометрии и связанные с ней напряжения/деформации.

Рисунок 37. Схема классического прямого решения

  • Обратное решение.
    В новой методике обратного решения в качестве входных данных выступают свойства материала и деформированная геометрия. Недеформированная геометрия и напряжения /деформации на деформированной геометрии становятся предметом поиска.

Рисунок 38. Схема обратного решения

  • Обратное решение основано на обратной формулировке элемента, где также на входе деформированная геометрия/конфигурация под нагрузкой, а решением является недеформированная геометрия/конфигурация и напряжения/деформации на деформированной геометрии/конфигурации.
  • Для проведения обратного решения была добавлена команда INVOPT.

Рисунок 39. Сравнение результатов прямого и обратного решения по эквивалентным напряжениям Мизеса

  1. Начиная с новой версии доступна процедура Linear Perturbation (далее LP) для элементов ELBOW290 и REINF.
  • PIPE288, PIPE289, и ELBOW290 – это элементы из нового набора возможностей моделирования труб ANSYS piping element suite. ELBOW290 удобен для критических областей, таких как колени или прямые сегменты с большим искажением сечения.
  • Элементы армирования (REINF) REINF263, REINF264, REINF265 используются для моделирования упрочняющих структур, погруженных в строительные материалы, композитные материалы, покрышки, а также для биомеханических задач.
  • Процедура LP для ELBOW290 и REINF, добавленная в новой версии, поддерживает:
  • Как линейную жесткость материала, так и касательную
  • Полное восстановление геометрии, включая произвольную деформацию сечения
  • Все типы расчета с участием LP: модальный, потеря устойчивости методом поиска собственных чисел, гармонический расчет методом Full, и т. д.
     
  1. Тепловое поведение вязкоупругого тела в термомеханическом расчете с элементами серии 22x (элементы для связанных расчетов).
  • Связанные (coupled-field) элементы PLANE222, PLANE223, SOLID226, и SOLID227 теперь можно использовать для моделирования вязкоупругих эффектов в термомеханическом расчете.
      • Активируется командой MP,QRATE
      • Новая возможность полезна для прогнозирования нагрева резинового материала, используемого в прокладках, уплотнениях и шинах. 

Рисунок 40. Распределение температур и перемещений в резиновом цилиндре

AQWA

В AQWA теперь можно задавать разрыв нескольких тросов в расчетах устойчивости и поведения судна в частотной области.

Рисунок 41. Задание нескольких объектов Cable Failure в AQWA

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии