Обновление ANSYS Electromagnetic Suite 2021R2 EM

Аватар пользователя Klyavlin
1 245

В новом релизе нас ожидают нововведения и улучшения связанные с увеличением производительности решателей, обновления вычислительного ядра, а именно новых решателей A-phi и AC conduction. Заявлено о незначительном улучшении ACT приложения Electric Machine Toolkit. Библиотека трехмерных компонентов 3D Component library имеет теперь встроенный набор моделей для моделирования беспроводной передачи энергии. Далее в статье вы найдете обзор наиболее интересных возможностей и обновлений.

 

Студенческая версия Ansys Electronics Desktop Student

В новом релизе появилась долгожданная студенческая версия электромагнитного пакета доступная для скачивания на официальном сайте ANSYS: https://www.ansys.com/academic/students/ansys-electronics-desktop-student

Студенческая версия Electronics Desktop

На сайте перечислены все особенности использования студенческой версии, ограничения, доступные расчетные модули, процедура получения 12 месячной возобновляемой лицензии, системные требования и т.д. Наиболее важный раздел с перечнем ограничений содержит информацию:

Ограничения в размерности сеточной модели:

HFSS, Maxwell, Q3D Extractor:

  • 3D-объем: 64000 элементов
  • 3D-поверхность: 8000 элементов
  • 2D: 2000 треугольников

Icepak: 512К элементов

HFSS: SBR +, гибридные и сеточные решения не поддерживаются

Экспорт геометрической модели не поддерживается

Импорт геометрической модели поддерживается только для форматов DXF и STEP

Не поддерживается интеграция с Ansys Workbench

Не поддерживаются бета-функции

Возможно, использовать только локальное решение (удаленный запуск вычислений через RSM не поддерживается)

Академические условия использования

 

Судя по описанию ограничений, можно сделать вывод о том, что версия действительно ознакомительная и использовать ее для решения практических задач не получится.

 

Бесплатная пробная версия ANSYS Motor-Cad

В новом релизе появилась бесплатная 30-дневная пробная версия междисциплинарного расчетного пакета ANSYS Motor-Cad доступная для скачивания на официальном сайте ANSYS: https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-motor-cad/ansys-motor-cad-trial.

В описании не говорится о каком-либо ограничении использования кроме длительности пробного периода, поэтому скорее всего предоставлена возможность использования всего функционала ANSYS Motor-Cad

 

Пробная версия ANSYS Motor-Cad

 

ANSYS Maxwell 2021 R2

Технологии вычислительного ядра

Модель скоса ротора и статора электрических машин.

В предыдущих версиях ANSYS Maxwell для двумерных нестационарных моделей электрических машин магнитами был реализован функционал плавного и ступенчатого виртуального скоса ротора и статора. Технология позволила существенно снизить вычислительные затраты на трехмерное моделирование в пользу решения нескольких двумерных моделей.

 

V образный и произвольный скос сегментов ротора электрической машины с постоянными магнитами

 

Последние несколько версий ANSYS Electromagnetic Suite технология скоса электрических машин дорабатывалась и наполнялась функционалом. В новой версии в продолжении развития добавился функционал по пользовательскому скосу и V образному скосу пакета ротора электрических машин.

 

Новый функционал модели скоса шихтованных пакетов электрических машин для двумерных задач.

 

Основной особенностью нового функционала является возможность настраивать величину угла скоса и толщину слоя. Таким образом, трёхмерная конфигурация формы ротора может быть произвольной. В постпроцессоре теперь не нужно пересчитывать задачу для вывода полевого отчета на отдельно-взятом сегменте ротора, поля доступны для рассмотрения на каждом сегменте.  Решатель сохраняет поля на всех сегментах.

При использовании данной модели необходимо решить количество нестационарных задач в двумерном решателе равным количеству сегментов (Slice). Таким образом очевидна необходимость в ускорении такого решения. Наряду с вышеперечисленными нововведениями появилась опция, которая переводит настройки HPC в специальный режим распределенных вычислений с использованием MPI. Настройка производится в меню “HPC and analysis Options”.

 

 

Включение режима вычислений для Skew Model существенно ускоряет процесс вычисления. Для тестовой задачи выбрана модель электрической машины с 10 сегментами, в 100к элементов и 2000 шагов интегрирования. Для максимального количества ядер 11, по отношению к номинальному расчету на одном ядре без использования каких-либо ускорений, прирост производительности относительно затраченного времени составил 6,2 раза.

 

Прирост производительности при использовании различных техник HPC для решения задачи с моделью Skew Model

 

Сохранение решения после редактирования Dataset. Нестационарное решение.

Случайно заметил опцию, которая позволяет сохранить решение после редактирования Dataset в нестационарном решении. Проблема довольно старая и неприятная. Например, в ранних версиях после успешного проведения нестационарного расчета можно было потерять результаты моделирования после того, как отредактировали данные в Dataset. Теперь такого не произойдет если отметить одноименную опцию в настройках решателя.

 

С новой опцией решение нестационарной задачи не теряется после редактирования Dataset

 

Граничное условие импеданса для 3D магнитного нестационарного решателя

Для точного определения полных потерь в трансформаторной технике и не только необходимо рассматривать дополнительные потери мощности в магнитных элементах конструкции. Однако при включении в модель элементов корпуса с целью выявления в нем индуцированных токов существенно увеличивается и время моделирования. Обновленная версия дополнена новым нелинейным граничным условием импеданса, созданным для решения данной проблемы.

Опция изначально была введена для улучшения функционала 3D Eddy Current решателя и позволяла разработчикам добиться более точного определения потерь, не прибегая к увеличению времени счета. В очень ранних версиях программы данная опция присутствовала, но не учитывала нелинейные свойства материала. Теперь реализована поддержка нелинейных свойств ферромагнетиков и граничное условие доступно и в решателе 3D Transient.

Для сравнения результатов предлагается рассмотреть некоторые результаты решения двух задач с включёнными и исключенными из модели стенками бака силового трансформатора в нестационарном решателе. Можно заметить, что качественно и количественно ЭДС обмотки трансформатора не изменяется, что говорит о эквивалентности решения полевой задачи разных моделях.  Но с точки зрения определения добавочных потерь, вариант с использованием граничного условия импеданса вычислительно значительно легче и решается в 7.5 раз быстрее.

 

Сравнение времени счета модели по определению добавочных потерь в стенках бака

 

Зависимость от температуры кривых размагничивания

Новая возможность появилась в продолжение опции использования множества кривых намагничивания для ферромагнетиков на разных температурах, которую мы видели в предыдущем анонсе.

В Maxwell 2021R2 теперь присутствует новый функционал в задании свойств материалов постоянным магнитам. Опция будет полезна при решении задач связанных с размагничиванием постоянных магнитов под влиянием температуры. Подходит для всех типов постоянных магнитов. Преимущества при использовании нового функционала достаточно много. Лучшая точность достигается за счет сохранения формы входных кривых. Удобство ввода данных с использованием как нормальной, так и собственной кривой BH постоянных магнитов. Удобство использования заключается в том, что происходит автоматическое предсказание собственных BH кривых на основе исходных нормальных BH кривых.

Кривая размагничивания в зависимости от температуры получается из базовой кривой, которая требует от пользователя ввода функций Br (T) и Hci (T), получить эту функцию непросто. Новая возможность позволяет пользователю вводить несколько кривых размагничивания для разных температур, а окончательная рабочая кривая получается из этих исходных кривых путем интерполяции на основе локального распределения температуры.

 

Использование множества кривых размагничивания на различных температурах для точного моделирования размагничивания постоянных магнитов

 

Улучшения в A-Φ 3D нестационарном решателе

В 2021 версии состоялся коммерческий релиз нестационарного решателя новой формулировки A-Phi, который дополняет существующий T-Omega.

Основной трехмерный нестационарный решатель основан на формулировке T-Omega. T-Omega является мощным численным методом для решения широкого спектра низкочастотных электромагнитных задач. Тем не менее, есть некоторые области, где применимость метода ограничена - например, возбуждение от смешанных источников на одном пути проводимости. Для таких случаев решатель с новой формулировкой 3D Transient A-Phi является более подходящим решением. В новом решателе реализован недоступный ранее метод задания смешанного возбуждения на произвольный путь проводимости, что расширяет круг решаемых задач во временной области.

В новой версии обновился список улучшений и новых возможностей решателя:

  • Улучшение вычисления матрицы емкости
  • Предустановленный вывод значений напряжения/тока на терминалах
  • Возможность использования пользовательских программ управления возбуждения для напряжения/тока
  • Расчет гармонической силы на основе объектов и элементов (поверхностных и объемных), поддерживается связь со сторонними программами
  • Усредненные по времени поля (плотность потерь) для междисциплинарного моделирования
  • Векторный потенциал A доступен в постпроцессоре

 

Результаты вычисления в A-phi решателе. Матрица емкости и токи в терминалах.

 

 

Результаты вычисления в A-phi решателе. Усредненные потери, векторный потенциал А, объемные силы.

 

Фокус развития решателя A-phi смещен со стороны электрических машин в сторону топологий проводников, сложной ошиновки, печатных плат, где используется множество смешанного возбуждения. Например, для сложной топологии проводников можно определить растекание тока от приложенной разности потенциалов, заданных токов и одновременно рассчитать магнитные и электрические величины от сформированного поля этих токов и напряжений во времени. Раньше такую электромагнитную задачу было невозможно решить в Maxwell.

 

Новый токовый решатель 3D AC (Beta)

С 2020R1 версии ANSYS Maxwell оснащается новым токовым решателем AC conduction для трехмерных задач. Решатель пока что не входит в релиз, а присутствует как бета опция. Анализ проводимости на переменном токе используется для исследования электрических полей и потерь, возникающие в проводниках и в диэлектриках с потерями из-за приложения к электродам переменного напряжения или тока. В этом решателе гармоническое электрическое и магнитное поля не связаны и электромагнитное поле можно рассматривать как квазистационарное. Учитываются емкостные эффекты и токи смещения. Этот анализ можно использовать для определения распределения напряжения, электрического поля, плотности электрического потока и плотности электрического тока в электрических устройствах в зависимости от частоты в ответ на гармоническую нагрузку.

 

Решатель используется в задачах анализа печатных плат, извлечения параметров цепей, высоковольтных приложений с потерями, электроимпедансной томографии в медицинской технике.

В новой версии заявлено о поддержке нелинейных и анизотропных материалов, результаты моделирования могут использоваться для междисциплинарной связки с тепловым решателем.

 

Междисциплинарные задачи

Общие улучшения в решении междисциплинарных задач.

Меню вычисления гармонических сил дополнилось опцией выбора оконных функций для дискретного преобразования Фурье (DFT) для Maxwell2D и 3D решателей переходных процессов и поддерживают как вращательные, так и не вращательные модели. Заявляется, что новый функционал расширит количество приложений для работы с виброакустикой NVH.

 

Оконные функции для дискретного преобразования Фурье (DFT)

 

В новой версии поддерживается виброакустический междисциплинарный расчет, где источниками нагружения будут использоваться гармонические силы на основе объектов с произвольным типом скоса шихтованного пакета. Другими словами, теперь двумерные модели электрических машин с произвольным скосом ротора подходят для создания исходных данных для виброакустики.

Модели, в которых используется новая возможность по учету температурнозависимых свойств постоянных магнитов по размагничиванию, могут быть использованы в междисциплинарном анализе в связке с тепловыми решателями для получения неоднородного профиля температуры в ANSYS Maxwell, что поэлементно будет влиять на магнитные свойства магнитов.   

 

Высокопроизводительные вычисления HPC

ANSYS продолжает развивать новую опцию предыдущего релиза в области расширения возможностей решателей для высокопроизводительных вычислений. В этом релизе дополнения коснутся пользователей высокопроизводительных серверов и кластеров.

Автоматическая настройка HPC для MPI-based DDM решения в 3D задачах магнитостатики и EddyCurrent

Начиная с 2021R1 релиза пользователи при решении трехмерных задач магнитостатики и EddyCurrent большой размерности могут выходить за рамки одного аппаратного узла и использовать вычислители, объединенные в сеть, для работы с одной сеточной моделью. Используются технологии вычисления с распределенной памятью посредством служб обмена сообщениями MPI. При использовании нескольких серверов для такого рода решения необходимо побеспокоится о хорошем интерконнекте, желательно иметь сеть Infiniband

Технология DDM – метод декомпозиции сеточной модели на поддомены и решения их отдельными параллельными процессами.

В новой 2021R2 версии обновление заключается в том, что улучшены алгоритмы автоматической настройки HPC, которая автоматически выделяет аппаратные ресурсы для гибридного параллельного расчета DDM. При гибридном параллельном методе вычислений сеточные поддомены распределяются на вычислителе параллельными процессами через MPI, которые в свою очередь используют технологию OpenMP для решения многопоточном режиме с общей памятью.

Заявлено о значительном улучшении производительности с настройками автоматического HPC. Выгода использования становится значительной для очень больших проектов (миллионы тетраэдров) с использованием большого количества ядер. Так, для примера используется модель в 8 миллионов тетраэдров и тестируется запуск на 44 ядрах в версиях 21.1 и 21.2. В приведённой таблице сравнивается расчетное время.

 

 

Комментарии

Аватар пользователя Evgeny Pavlov

Большое спасибо за работу по подгтовке обзора новвоведений!

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии