Обновления ANSYS Electromagnetic Suite 2019 R1. EM.

Аватар пользователя Klyavlin
0 1023

Ранее немалую путаницу вносила нумерация версий программного обеспечения ANSYS и ANSYS Electromagnetic Suite. С этого релиза появился долгожданный порядок в названиях установочных дистрибутивов, версионность теперь будет соответствовать текущему году, а промежуточные версии будут обозначаться R1, R2, R3 и т.д.

 

Новая нумерация основных и промежуточных версий

ANSYS Maxwell 2019 R1

Технологии вычислительного ядра

Улучшения в инструментах для моделирования электрических машин. Инструменты Electical Machine Toolkit.

Расширение методик разработки электрических машин и повсеместное внедрение виртуального моделирования в процесс их проектирования задает ритм развития функционала современного коммерческого программного обеспечения. Это особенно заметно в развитии технологий решателей и постпроцессора, появляется все больше улучшений и усовершенствований “заточенных” под вращающиеся электрические машины.

Новая версия не исключение и в первую очередь стоит сказать о ACT дополнении Electrical Machine Toolkit, которое было интегрировано в установочный дистрибутив Electronic Desktop. Для индукционных машин стало возможным при проведении эксперимента использовать тип решения “Periodic TDM”. Декомпозиция одного расчётного периода дает существенное ускорение во времени счёта, более того, расчёт одного периода подразумевает определение установившегося состояния в расчёте индукционной машины. Таким образом, заявлено о десятикратном ускорении и значительном увеличении надёжности при построении карты эффективности для индукционных машин. Улучшена стратегия выборки в постобработке. При формировании таблицы эксперимента используется нелинейная частотная зависимость. Конечные графики стали более качественными, по моему мнению, в большей степени из-за использования TDM, так как в первую очередь важно именно достижение установившегося состояния. Нелинейная частотная выборка позволяет получать качественный эксперимент без использования чрезмерно-большого количества частотных точек в эксперименте.

Оказывается, в предыдущей версии при построении карт эффективности не учитывался импеданс лобовых частей машины. В обновлении этот эффект учтён, как можно наблюдать на рисунке.

 

Препроцессор в задачах электрических машин

Функционал ANSYS RMxprt дополнился принципиально-новой веткой создания дизайна электрической машины. При добавлении нового проекта ANSYS RMxprt будет открыто диалоговое меню с выбором привычного шаблонно-ориентированного моделирования готовых типов машин, универсальной электрической машины и нового мастера Maxwell Model Wizard.  

Maxwell Model Wizard

Maxwell Model Wizard на данный момент можно использовать только для создания полностью настроенного нестационарного дизайна электрической машины в ANSYS Maxwell 2D или 3D, например в случаях, когда RMxprt не имеет нужного шаблона формы для статора и ротора. Особенность нового инструмента заключается в том, что для создания дизайна можно использовать пользовательскую геометрическую модель статора и ротора, представленных в виде стороннего дизайна Maxwell или в геометрических форматах импорта. Будем надеяться, что данное направление получит дополнительное развитие и RMxprt научится использовать пользовательскую геометрическую модель для аналитического расчёта магнитной цепи. На данный момент конечным продуктом работы нового мастера является полностью настроенный нестационарный дизайн электрической машины в ANSYS Maxwell 2D/3D, основанный на CAD геометрии пользователя. Другими словами, RMxprt дополняет геометрическую модель обмоткой, корпусом, задает направление намагниченности постоянным магнитам и назначает свойства материалов, производит дополнительные построения и задаёт настройки движения, использует симметричные граничные условия периодичности.

 

Интеграция настраиваемых решений в постпроцессор AEDT

Хорошей новостью для пользователей будет введение в стандартный интерфейс Electronic Desktop, уже известных всем, возможностей вывода параметров в D-Q координатной системе, среднеквадратичных и усреднённых электромеханических характеристик электрических машин, на основании нестационарных результатов моделирования. Эти возможности впервые появились в 16 версии ANSYS, но удобство их использования оставляло желать лучшего.

Average and RSM parameters, D-Q parameters

В новой версии при построении обычных диаграмм во временном диапазоне пользователь может выбрать область диаграммы Average and RSM или Transient D-Q, заполнить данные машины в Machine Options: количество полюсов, угол выравнивания dq координатной системы, скорость вращения, механические потери, активное сопротивление и добавочные индуктивности. В результате стандартный интерфейс построения графиков позволит вывести, например, привычную всем таблицу электромеханических характеристик электрической машины, основанную на анализе результатов на последнем периоде возбуждения. Поддерживается любая n-фазная машина, включая электрические машины с обмотками возбуждения.

 

Отображение полной модели в задачах с периодической симметрией  

Для многих пользователей всегда остро стоял вопрос о возможности вывода полной картины полей в задачах с различными видами граничных условий симметрии. В новой версии при построении графиков по умолчанию стоит опция “Full model”, в результате моделируемая часть будет дополнена виртуальными симметричными и все виды графиков будут выведены для полной модели. Эта возможность постпроцессора доступна для 2D/3D всех типов задач.

Вывод графиков с симметричной части для полной модели

 

Модель скоса для 2D задач

Наверное, на этот раз модель скоса для плоскопараллельных задач будет окончательно закончена. В этом релизе добавлена поддержка сегментированного и постоянного скосов топологии по глубине электрической машины. Напомню, данная модель позволяет вместо трехмерной задачи электрической машины, с выполненным скосом ротора или паза, использовать расчёт двумерной, эквивалентной плоскопараллельной. Такой подход значительно экономит вычислительное время и даёт результаты близкие к полной трехмерной постановке задачи.

Модель скоса для плоскопараллельных задач

Постоянный скос обычно используется для моделирования скоса слота, сегментированный скос используется для моделирования сегментированного ротора, в котором сегменты сдвинуты относительно друг друга на некий угол сдвига. Обычно сегментированный скос используется в электрических машинах с постоянными магнитами. В новой версии также реализована поддержка четного и нечетного количества сегментов.

 

Намагничивание и размагничивание на основе модели гистерезиса

Векторная гистерезисная модель не перестаёт развиваться, на этот раз пользователям предлагается улучшенная гистерезисная модель размагничивания/намагничивания материалов.

Векторная модель размагничивания/намагничивания

При динамическом размагничивании рабочая точка определяется по линии возврата и Hc не может превышать 0, соответственно моделируется только размагничивание, перемагничивание невозможно. При использовании векторной гистерезисной модели, с указанием начального направления намагниченности, работающей во всех четырех квадрантах, одновременно моделируется намагничивание и размагничивание во всех направлениях. Модель подходит для всех задач с нелинейными постоянными магнитами для моделирования реального поведения при разумных вычислительных затратах.

 

Множество подвижных частей модели в 3D Transient

За реализацией этой возможности в двумерных нестационарных магнитных задачах поспело продолжение для трехмерного решателя. С этого релиза пользователи могут комбинировать в одной задаче различные типы движения: цилиндрическое и не цилиндрическое вращение, периодическое и не периодическое поступательное перемещение. Об ограничениях в количестве перемещающихся объектов не заявлено, но необходимо следить, чтобы объекты Band не касались друг друга.

 

 

Несколько объектов Band с произвольным типом движения

 

Применение к этому расширению функционала находится в моделировании электродвигателей, таких как многороторные двигатели для оптимальной работы в различных диапазонах скоростей, магнитные шестеренки, моделирования системного уровня с более чем одним компонентом движения.

 

Извлечение параметров для учёта влияния производственных факторов на потери в электротехнической стали

Продолжается развитие возможности решателя учитывать добавочные потери за счёт снижения проницаемости и увеличения локального гистерезиса вблизи краев реза листа электротехнической стали. Для улучшения работы учета потерь рекомендуется использовать сеточную операцию “Edge Cut…" для улучшения сетки на краях реза для 2D/3D. Для работы этой возможности необходимо воспользоваться специальным инструментом и определить коэффициент “Equiv. Cut Depth”, который базируется на вводе нескольких кривых потерь в стали для разного количества резаных кромок.

Две обрезные кромки для каждого реза

Извлечённый коэффициент “Equiv. Cut Depth” используется для построения и сравнения кривых регрессии с исходными кривыми (BP)

Высокопроизводительные вычисления

Решение Half-Periodic TDM в 2D и 3D

Решение нестационарных задач с использованием решения TDM (time decomposition method) с распределённой памятью продолжает развиваться и дополняется все новым функционалом. На сегодняшний день метод стал на столько автоматизированным в настройках, что позволяет его использовать даже неопытным пользователям. В новой версии появилась возможность рассматривать только половину периода гармонического возбуждения.

Новую опцию возможно задействовать, если все физические величины удовлетворяют антипериодическому условию вдоль оси времени. В этом случае использование памяти и вычислительного времени может быть сокращено почти в два раза. TDM periodic отличается повышенными требованиями к оперативной памяти, так как все шаги должны считаться одновременно. Half- periodic даёт возможность считать большие задачи с использованием ограниченных вычислительных ресурсов. Предлагается рассмотреть пример:

Трехфазный синхронный генератор, трехмерная модель.

31 вычислительное ядро, 120 шагов интегрирования на период.

 

3D Transient проект источник – целевой проект при использовании TDM

В новой версии разработчики заявляют о поддержке решения двух трехмерных нестационарных связанных решений с использованием технологии TDM. Новая возможность должна быть эффективна при решении сложных практических задач: индукционные электрические машины могут рассматриваться в исходном проекте с нулевой скоростью вращения, в целевом проекте используется реальная скорость. Второй приведенный пример – это задача из области силовой электроники, где в исходном проекте используется синусоидальное возбуждение, в целевом проекте используется ШИМ. Оценить достоинство новой возможности без наличия внятного пояснения достаточно сложно, будем надеяться на появление специального раздела помощи.

 

3D Eddy Current – MPI-based Domain Decomposition Method

С этого релиза появляется первая в истории развития ANSYS Maxwell поддержка декомпозиции сеточной модели и распределенное решение с использованием MPI служб. Видимо разработчики установили вектор развития высокопроизводительных вычислений с поддержкой решений с техникой декомпозиции. Совсем недавно был анонс декомпозиции временной шкалы, теперь сеточной модели. Напомним, что до недавнего времени ANSYS Maxwell поддерживал только решения в рамках единой памяти, это означает, что решение могло производиться только в рамках одного вычислительного узла. В новой версии гармонический решатель EddyCurrent, как прямой, так и итеративный, могут работать в распределенном режиме и задействовать множество расчётных узлов, работать в режиме распределенной памяти DDM. Также заявлено о поддержке многоуровневого HPC, другими словами, каждый процесс может работать в многопоточном режиме.

В качестве примера приводится сравнительная диаграмма расчётного времени при использовании классического многопоточного метода решения и DDM. Анализируется трехмерная задача индукционной машины при использовании EBU кластера.

Сравнительная диаграмма расчётного времени в часах

  1. OpenMp (R19.2, 1 задача, 10 ядер)
  2. OpenMp (R19.3, 1 задача, 10 ядер)
  3. DDM (R19.3, декомпозиция на 8 задач, 10 ядер на задачу, всего 80 ядер)

 

При решении нелинейных стационарных задач такую технику реализовать значительно сложнее, но будем надеяться, что возможно.

 

Междисциплинарные задачи

Быстрое моделирование акустического шума и вибрации при проектировании электрических машин

В выпуске ANSYS 2019 R1 доступно сквозное моделирование шума и вибрации во вращающихся электрических машинах. Инструменты интеграции между приложениями Mechanical и Maxwell в ANSYS Workbench были переработаны и дополнены, появились новые диалоговые меню. Пользователи могут использовать ANSYS Maxwell для расчета электромагнитных сил, возникающих во всем диапазоне скоростей вращения машины, а затем перенести эти нагрузки в среду механики, связав две системы в схеме проекта Workbench. Последующий анализ гармонической реакции (Harmonic Response) в механической части вычисляет реакцию конструкции на эти электромагнитные нагрузки в том же диапазоне скорости вращения.

Сквозное моделирование акустики и вибрации электрических машин в ANSYS Workbench

При анализе вращающихся электрических машин первостепенный интерес представляет результирующий шум и вибрация от электромагнитных сил. ANSYS Workbench позволяет вам оценивать эквивалентную излучаемую мощность (ERP) с помощью диаграммы Waterfall. Диаграммы ERP эффективно отображают результаты, которые вы можете использовать для проверки колебаний конструкции в диапазоне вращения и частот.

Waterfall диаграмма эквивалентной излучаемой мощности (ERP)

 

Двустороннее решение ANSYS Maxwell-Icepak в AEDT

Добавлен функционал для решения классической сопряжённой задачи электромагнетизм – тепло с двусторонним обменом данными. Поддерживаются температурно-зависимые свойства. Присутствует встроенный итератор для двустороннего решения. Следует уточнить, что решение доступно не только в связке с ANSYS Maxwell, но и с HFSS, Q3D Extractor.

 

Итератор двустороннего решения

 

Новая связка Fluent Transient + Maxwell Eddy Current через System Coupling

Для решения нестационарной тепловой задачи индукционного нагрева появился новый функционал, обеспечивающий связь между ANSYS EddyCurrent и ANSYS Fluent. Ранее такой класс задач решался с помощью специализированного скрипта, теперь ANSYS Maxwell имеет стандартный функционал “System Coupling Setup”. Решение управляется внешней программой без использования Workbench. System Coupling контролирует циклический процесс обмена данными между нестационарным тепловым анализом в ANSYS Fluent и гармоническим в ANSYS Maxwell.

System coupling для реализации задачи индукционного нагрева

 

Улучшение сеточного генератора

3D Clone Mesh для подвижной и стационарной части

Трехмерный сеточный генератор позволяет автоматически создавать клонированную сеточную модель как для стационарной части электрической машины, так и для вращающейся. Улучшенная таким образом сеточная модель, значительно снижает численный шум и очень важна для вычисления зубцовых пульсаций момента.

Клонированная сетка во вращающемся домене

 

Контроль за плотностью сеточной модели в 3D

Сеточный генератор дополнился новой сеточной операцией “Clone Mesh Density”. Ранее управлять плотностью сеточной модели в клонированных областях можно было только с помощью уменьшения длины сторон тетраэдров, что не всегда приводило к нужному результату, а зачастую исчезала клонированная структура. Новая опция хорошо справляется со своей задачей. Имеется возможность задания количества слоёв по глубине модели, указать длину сторон тетраэдров. При изменении плотности сеточной модели, в случае использования операции “Clone Mesh Density”, клонированная структура не исчезает, а уплотняется. 

Новая сеточная операция контроля за плотностью сеточной модели в клонированных структурах

Сетка на границах объектов (Edge-Cut Mesh)

Для использования возможности определения добавочных потерь, связанных с технологическими факторами изготовления шихтованных пакетов, необходимо использовать сеточные структуры с разрешением глубины реза. Сеточная операция “Edge-Cut Mesh” автоматически создаёт необходимый слой элементов на внешних краях сложной топологии, а также распознаёт граничные условия Master-Slave и пропускает их. Использование правильно-подготовленной сеточной модели даёт более точные результаты в определении потерь в стали.   

Сеточная операция “Edge-Cut Mesh” для определения добавочных потерь в стали

 

Улучшения в разрешении поверхностного слоя (Skin-Depth Meshing)

Улучшена работа сеточного генератора при использовании операции “Skin-Depth” для разрешения поверхностного слоя. В новой версии построенные слои не перестраиваются при адаптивном уплотнении, что особенно важно. Сеточная операция применяется к выбранным граням тела, элементы сжаты в направлении нормали и вытягиваются параллельно грани. Использование сеточной модели с таким разрешением поверхностного слоя позволяет получить более быстрое сошедшееся решение по полной и дельте энергии на адаптивных проходах.

 

Улучшение использования

Переменные при задании сохранения поля Field Expression Cache и Save Field

В новой версии изменения коснулись диалогового меню вкладок сохранения полей и вычислений полевых результатов Field Expression Cache и Save Field для нестационарного магнитного решателя. Указывать диапазоны сохранения результатов стало проще, более того, появилась поддержка переменных дизайна. Поддержка переменных оказывается весьма полезной при решении параметрических заданий, например, в случаях, когда изменяется длительность периода возбуждения или скорость в электрических машинах. Другими словами, теперь у пользователей появился инструмент для создания настраиваемых, параметрических сценариев сохранения полей и вычислений выражений из полевого решения. На рисунке ниже продемонстрировано использование переменной для настройки автоматических вычислений выражения из Expression Cache на последних трех периодах возбуждения на переменной скорости электрической машины.

 

Использование переменной в задании Expression Cache.

Улучшение при использовании 2D распределенных расчётов в Workbench

В новой версии для 2D задач ANSYS Maxwell, интегрированных в ANSYS Workbench, возможно использовать распределенные вычисления. При этом планируемый эксперимент (Design Points) экспортируется в Optimetrics. Поддерживается связь с DesignModeler.

Распределенное решение Maxwell 2D задач в пакетном режиме через WB

 

Использование лицензий решателя при распределенных расчётах в Maxwell 2D

C новой версии пользователи, у которых есть в распоряжении несколько лицензий на Maxwell 2D solver, могут использовать их при решении распределенных параметрических задач вместо лицензий DSO. Новая возможность обеспечивает большую гибкость в использовании лицензий при решении задач в распределенном режиме. Для использования этой возможности необходимо выбрать тип лицензирования “Solver” или “DSO”.

Пользовательский интерфейс AEDT

Новые алгоритмы оптимизации в AEDT 2019 R1

Добавлены новые методы оптимизации для модуля Optimetrics. Шесть алгоритмов оптимизации были заимствованы в ANSYS DX и сейчас доступны в AEDT Optimetrics:

  1. Screening (Shifted Hammersley)
  2. MOGA (Multi-Objective Genetic Algorithm)
  3. NLPQL (Non-linear Programming by Quadratic Lagrangian)
  4. MISQP (Mixed-Integer Sequential Quadratic Programming  Method)
  5. Adaptive Multiple-Objective
  6. Adaptive Single-Objective

Шесть алгоритмов оптимизации

 

Графика и анимация в AEDT 2019 R1

Улучшены возможности рабочего места по созданию качественных изображений и анимации в высоком разрешении. Изображения можно сохранять в формате *.png с минимальными потерями качества при сжатии. Видеоролики стало возможным экспортировать в высококачественном формате WebM, который совместим с HTML5 браузерами.

В новой версии стало возможным создавать анимации из Design of Experiment модуля Optimetrics.   

Создание анимаций из DOE

Улучшения в редакторе 3D modeler

Генерирование истории создания геометрических объектов теперь доступно не только для 2D тел. Теперь поддерживаются трехмерные примитивные объекты, для которых автоматически создаётся история после упрощения, что существенно упрощает параметризацию импортированных или упрощённых объектов.

Инструмент “Measure” теперь научился выводить полную, детальную информацию о геометрических размерах цилиндров, плоскостей, дуг и т.д.

Графическое ядро ACIS 3D modeler обновлено до 28.2. Обновлена поддержка CAD

  • Parasolid 31
  • Autodesk Inventor 2019
  • Siemens NX 12
  • SolidWorks 2018
  • Creo 5.0
  • CATIA V62018

 

Добавить комментарий

Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии