Обновление ANSYS Electromagnetic Suite 2020R2 EM

Уважаемые читатели блога, вышла новая версия ANSYS 2020R2. Традиционно, наши специалисты готовят обзорные статьи по нововведениям всех основных направлений моделирования. На официальном портале поддержки клиентов стали доступны для скачивания дистрибутивы новой версии. Предлагаю вашему вниманию перечень новых возможностей ANSYS в области моделирования электромагнитного поля и не только.

 

ANSYS Maxwell 2020 R2

Высокопроизводительные вычисления HPC

В очередной раз специалисты ANSYS выпускают большое обновление в области расширения возможностей решателей для высокопроизводительных вычислений. В этом релизе есть отличные новости как для пользователей персональных компьютеров, так и для высокопроизводительных кластеров.

 

Поддержка MPI-based DDM решения в 3D задачах магнитостатики

Несколько лет назад мне встречалась информация от разработчиков ANSYS, что реализация метода декомпозиции сеточной модели и решение магнитостатической задачи в режиме распределенной памяти – это очень непростая задача. Как мы видим, в этом релизе проблема была решена, теперь пользователи при решении трехмерных магнитостатических задач большой размерности могут выходить за рамки одного аппаратного узла и использовать вычислители, объединенные в сеть, для работы с одной сеточной моделью.

 

DDM решение 3D магнитостатических задач

Поддерживаются прямой и итеративный решатели. Одноуровневое распараллеливание и двухуровневое решение параметрических задач может быть настроено вручную или в автоматическом режиме.

При тестировании новой возможности, было замечено необычное поведение автоматического выбора типа решения. На каждом новом проходе может произойти автоматическое переключение режима решения с DDM на SMP вне зависимости от количества свободных ресурсов. В таком случае лучше использовать ручные настройки HPC.

 

Поддержка OpenMP распараллеливания в 2D нестационарном решателе

Многие пользователи замечали для ранних версий 2D нестационарного решателя, что какой бы вычислитель они не использовали, сколько бы параллельных потоков не указывали, какой бы ни была размерность сеточной модели, загрузка центральных процессоров оставалась очень низкой. В новой версии реализована поддержка OpenMP для распараллеливания решения в многопоточном режиме на многоядерных станциях. Теперь при решении 2D задач в магнитном нестационарном решателе наблюдается максимальное использование ресурсов.  

 

Сравнение времени моделирования 2D transient задач с технологией OpenMP

При тестировании выявлено, что преимущество особенно заметно при решении сеточных моделей большой размерности. Работа OpenMP распараллеливания также оказывает влияние на решение TDM, так как каждый параллельный процесс TDM будет использовать OpenMP многопоточность. Каких-либо дополнительных настроек HPC делать нет необходимости.

Для пользователей, кто работает с плоскими и осесимметричными моделями Maxwell в Transient, введение поддержки OpenMP будет серьезной заявкой на обновление ANSYS Maxwell до последней версии.

 

Поддержка GPU для решателя Eddy Current в частотной развертке.

В новой версии пользователи могут задействовать несколько видеоускорителей GPU для решения частотных разверток квазистационарных задач в решателе Eddy Current. Использование видеоускорителей дополняет возможность прошлых релизов по MPI-based DDM решению. Для включения использования GPU в расчете необходимо посетить вкладку HPC and Analisys options, там же указывается и количество видеоускорителей.

 

Моделирование электрических машин

Создание ECE ROM моделей асинхронных машин

Последние достижения разработчиков ANSYS уже присутствует в стандартном функционале. Конкурентное преимущество ANSYS заключается в возможности создание FEA-based модели асинхронной машины с точной идентификацией параметров. Создание ECE ROM модели многофазной асинхронной машины с сильно выраженными вихревыми токами основано на EddyCurrent решении. ANSYS TwinBuilder / Simplorer может напрямую обращаться к сгенерированной модели.

 

Сравнение результатов переходного процесса FEA и ECE модели асинхронного двигателя

Учитывая опыт использования и спроса на модели ECE для машин с постоянными магнитами, можно сказать, что эта возможность будет не менее популярна среди TwinBuilder/Simplorer пользователей.

 

Улучшения в Electrical Machine Toolkit

Инструмент Electrical Machine Toolkit теперь поддерживает два варианта учета добавочных потерь в многожильных обмотках. Используется модель проводников Litz или зависимость сопротивления обмотки от частоты.

 

Учет добавочных потерь в Electric Machine Toolkit

Модель Litz-wire: в свойствах материала обмоток для опции «Composition» используется «Litz Wire» и задается тип провода, количество жил и их размер. В этом случае Electrical Machine Toolkit использует результаты «StrandedlossAC» для построения графика потерь в обмотке.

Пользовательские данные о зависимости сопротивления обмотки от частоты: пользователь указывает директорию с файлом в формате .txt, который содержит таблицу с данными о частоте и сопротивлению обмотки. Первая строка должна содержать название и единицы измерения частоты и сопротивления. Используется линейная интерполяция, которая также изменяет сопротивление во внешней цепи для индукционных машин.

 

Поддержка многофазного возбуждения для всех поддерживаемых типов машин.

Поддерживаются 3, 5, 6, и 7 фазные обмотки для машин с постоянными магнитами, асинхронных двигателей, синхронно-реактивных машин и синхронных машин с независимым возбуждения. Для машин типа SRM поддерживается обмотки от 2 до 8 фаз.

 

Поддержка многофазных машин в Electric Machine Toolkit

Для всех типов машин, кроме реактивных машин SRM, пользователи могут указать сдвиги фаз для каждой обмотки с помощью командной строки. Рекомендуется ввести «0» для сдвига первой фазы.

 

Новый поддерживаемый тип двигателей. Синхронная машина с независимым возбуждением.

Для эксперимента дизайна используется изменение переменных тока статора, углу Gamma тока статора и тока обмотки возбуждения.

• Gamma это угол между магнитодвижущей силой обмотки статора и осью d ротора. В режиме двигателя Gamma изменяется от 0-90 градусов, в режиме генератора от 90-180 градусов.
• Теперь нет необходимости в изменении скорости вращения ротора, что значительно снижает время моделирования. Моделирование выполняется на половине от максимальной скорости, остальные результаты для других скоростей вычисляются
•  

Новый тип электрической машины в Electric Machine Toolkit

Автоматическое выравнивание угла поворота ротора: для номинальной скорости постоянный ток подается в обмотку возбуждения, затем выполняется FFT для получения угла на основе сдвига основной компоненты потокосцепления

Поддерживается Periodic и half-periodic TDM

Расчет компонентов в координатной системе DQ: ротор оси d имеет наибольшую магнитную проводимость/индуктивность

 

Гармоническая интерполяция силы для улучшения диаграмм водопада ERP

В новой версии появилась возможность улучшения диаграмм ERP при виброакустическом анализе. Теперь пользователи могут выбирать для анализа неоднородные точки развертки скорости вдоль кривой скорости-момента. Дополнительные точки интерполяции для повышения качества диаграмм могут быть добавлены с помощью DesignXplorer между двумя решенными точками по скорости. Может сочетаться с опцией разрешения высоких частот. Поддерживаются вычисления гармонических сил, основанных на объектах и элементах.

 

Улучшение ERP графиков в виброакустическом анализе

Решение периодического сектора для полных моделей электрических машин.

При работе с трехмерной моделью электрических машин необходимо использовать минимально-возможный периодический геометрический сектор. Работа с полной геометрической моделью очень удобна и проста в настройке, тут же и лучшая визуализация поля для работы в постпроцессоре. Из минусов – очень большое время моделирования. Создание периодической модели с использованием симметрии требует гораздо меньше времени на вычисление, но в тоже время требует хорошего понимания и представления для настройки модели. Этот метод менее интуитивно-понятен, чем работа с полной геометрией на этапе постобработке результатов.

В новой версии предлагается автоматическое создание периодической модели из геометрически-полной: построение сетки, вычисление и постобработка. Тем самым объединяются все плюсы и исключаются все недостатки как для случая с полной моделью, так и с периодической ее частью.

Данная возможность поддерживает все электрические машины, работает с клонированной сеткой и с наличием скоса модели.

 

Решение периодического сегмента для полных моделей электрических машин

Технологии вычислительного ядра

Библиотеки материалов. Библиотека GRANTA Materials Data for simulation.

Единая базовая библиотека GRANTA теперь доступна в расчетных модулях: Mechanical, Electronics Desktop, Fluent и Discovery. Библиотека включает более 700 материалов. В новой версии добавлено большое количество конструкционных сталей.

В новой версии AEDT изменен поиск материала по библиотекам с использованием ключевых слов, что очень удобно с учетом большого количества библиотек различных производителей.

Добавлены материалы от производителей печатных плат. Добавлены температурнозависимые свойства электропроводности материалов.

 

Температурнозависимые коэффициенты потерь в стали

В новой версии добавлена возможность учета тепературнозависимых коэффициентов модели учета потерь в электротехнической стали Kh, Kc, Ke и силовых ферритов Cm при включении температурного модификатора. Функционал по выводу температурнозависимых коэффициентов появится в следующем релизе.

 

 

Температурнозависимые коэффициенты потерь в стали

 

3D Eddy двусторонняя температурная связь для потерь с граничного условия импеданса

В новой версии был обновлен функционал граничного условия импеданса для решателя 3D Eddy Current. Добавлена возможность учета температурнозависимых свойств электропроводности и магнитной проницаемости материала в граничном условии. Пользователи могу вводить температурный модификатор для учета влияния температуры на эти свойства. При решении связанной задачи обмен температурой и потерями с Mechanical производится по стандартной схеме. Потери, передаваемые в Mechanical, в этом случае могут состоять из объемных потерь и потерь с граничного условия импеданса.

 

Поддержка скриптов на Python для управляющих программ для 2D/3D Transient

Пользовательская программа управления — это внешне созданный исполняемый файл, который вызывается после каждого временного шага. Программы позволяют входом источников, элементами схемы, механическими величинами, временным шагом и критериями остановки на основе обновленных решений. По соображениям безопасности многие компании блокируют выполнение несертифицированного исполняемого файла. Выполнение скрипта на Python вместо скомпилированного исполняемого файла решает эту проблему. Управляющая программа с расширением * .py будет выполняться дистрибутивом Python, устанавливаемым по умолчанию с дистрибутивом AnsysEM

 

Управляющая программа на Python

Maxwell 3D transient - A-Phi формулировка [Beta]

Трехмерный нестационарный решатель в настоящее время основан на формулировке T-Omega. T-Omega является мощным численным методом для решения широкого спектра низкочастотных электромагнитных проблем. Тем не менее, есть некоторые области, где применимость метода ограничена - например, возбуждение от смешанных источников на одном пути проводимости. Для таких случаев новая формулировка Maxwell 3D Transient A-Phi является более подходящим решением.

 

Включение нестационарного решателя с формулировкой A-phi в стандартном окне выбора решателя

Формулировка использует магнитный векторный потенциал A и электрический скалярный потенциал Phi. Краевые элементы первого порядка для векторного магнитного потенциала A и узловые элементы второго порядка для скалярного электрического потенциала Phi

Поддерживает несколько терминалов задания возбуждения для одного пути проводимости.

Позволяет рассчитывать частичные индуктивности вместо индуктивности замкнутого контура, как было реализовано ранее в решателях Maxwell.

Поля J и E рассчитываются напрямую, потому что это приближение первого порядка.

Применимо для тепловых задач токонесущих шин, когда несколько терминалов могут иметь возбуждение произвольной формы. Точное предсказание мощности потерь позволяет проводить в дальнейшем термоэлектрический анализ. 

 

 

Формулировка A-phi для решения нестационарных задач. Использование потенциала источников, как задание тока на пути проводимости и поля в расчётной области.

В этом релизе новый решатель был несколько усовершенствован и дополнен поддержкой внешних электрических схем, изотропных нелинейных магнитных свойств для шихтованных пакетов. Улучшено вычисление плотности тока для многожильных проводников с неоднородным поперечным сечением.

 

Поддержка новых опций в нестационарном решателе с формулировкой A-phi