Обновления ANSYS Electromagnetic Suite v19.0. EM.

Уважаемые читатели блога, недавно появились дистрибутивы ANSYS 19.0 и ANSYS Electromagnetic Suite 19.0. Вашему вниманию предлагается обзорная статья по нововведениям в программных модулях ANSYS EM v19.0

Изменения в лицензировании.

В новой версии произошли изменения в работе лицензий HPC для некоторых продуктов. Продукты ANSYS, перечисленные ниже, с января 2018 года получат доступ к четырем вычислительным ядрам. В сочетании с недавним увеличением масштабируемости HPC это обеспечит значительный прирост производительности.

Продукты, для которых изменения актуальны:

• ANSYS Mechanical Pro, Premium, Enterprise
• ANSYS CFD Premium and Enterprise
• ANSYS Mechanical CFD Maxwell 3D
• ANSYS Mechanical Maxwell 3D
• ANSYS Mechanical CFD
• ANSYS AIM
• ANSYS HFSS
• ANSYS SIwave
• ANSYS Maxwell
• ANSYS Q3D Extractor
• ANSYS Icepak

В дополнение к этому, текущие продукты ANSYS HPC (автономные лицензии HPC, Packs и Workgroup) станут более гибкими. Помимо работы с продуктами Mechanical и Fluids, они также позволят использовать HPC с продуктами Electronics. Лицензии ANSYS Electronics HPC изменятся на соответствующие продукты ANSYS HPC.

Лицензии HPC Pack и Workgroup имеют аддитивный характер. К ядрам HPC будут добавлены четыре базовые ядра расчётного модуля. Например, поведение пакетов HPC показано на рисунке.

4 базовых ядра добавляются к HPC Packs

Эти изменения вступят в силу с установкой менеджера лицензий 19.0. Для продуктов Mechanical и Fluids изменения будут обратно совместимы с более ранними версиями при условии, что вы используете одну из перечисленных выше лицензий. Для электронных продуктов изменения HPC будут актуальны для версии 19.0 и выше.

ANSYS Electronics Desktop (AEDT)

Интерфейс рабочего места ANSYS Electromagnetics Suite существенно изменился. Для удобства навигации добавлена лента панели инструментов, изменено контекстное меню.

В новом интерфейсе все инструменты вынесены на ленту.

Окно свойств материала дополнилось возможностью оставить комментарии к заданным характеристикам.

Добавлена возможность оставлять примечания к свойствам материала.

В новой версии при вводе переменных, программа автоматически предлагает выбрать названия переменной из списка. Решены проблемы с выводом изображения геометрических объектов и кривых на графиках при работе через удалённый рабочий стол Windows. При создании параметрической таблицы в Optimetrics выводятся номинальные значения переменных, что помогает пользователю ориентироваться в значениях при задании диапазона перебора.

Отображение номинальных значений переменных.

Добавлена возможность использовать движущиеся объекты типа точка, линия или поверхность для постобработки и вывода полевых графиков в движении.

Анимация полевых величин на введённых вспомогательных объектах.

ANSYS Maxwell R19.0

Междисциплинарные задачи.

ANSYS IcePak в интерфейсе AEDT Desktop

ANSYS IcePak AEDT встроен в рабочее место Electronics Desktop и включается, как бета опция, в разделе General. Коммерческий релиз состоится в следующих версиях и будет предназначен для решения стационарных задач теплообмена от постоянных и переменных источников. В новой версии появился необходимый функционал по поэлементной передаче электромагнитных потерь с сеточной модели ANSYS Maxwell на сетку ANSYS IcePak AEDT. Доступны объёмные и поверхностные источники из решателей Maxwell EddyCurrent и Transient. В этой версии реализована только односторонняя динамическая связь IcePak AEDT с электромагнитными модулями.  

Пазовая изоляция для моделей электрических машин в ANSYS IcePak.

Экспортируемые из ANSYS RMxprt модели электрических машин для теплового анализа в ANSYS IcePak AEDT автоматически дополняются пазовой изоляцией с соответствующими теплофизическими свойствами. Данное нововведение позволяет получать более точное решение.

Автоматически добавляется пазовая изоляция в проекте ANSYS IcePak.

ANSYS Maxwell to ANSYS Element-based Harmonic Force Coupling

Реализована односторонняя связь между ANSYS Maxwell 2D/3D Transient и ANSYS Harmonic Response по передаче гармонических сил на поэлементной основе. В отличии от подобной связки на основании объектов, нет необходимости указания в ANSYS Maxwell тех объектов, для которых планируются вычисление сил. Распределение гармонических сил в узлах элементов, касающихся какую-либо поверхность, является стандартной операцией постпроцессора. Гармонические силы получаются вследствие преобразования Фурье над данными во временной области. В ANSYS Mechanical необходимо просто указать необходимы поверхности для интерполяции сил из ANSYS Maxwell.

Введена возможность построения Waterfall диаграмм посредством APDL скрипта для представления 2D акустических полей.

Магнитострикция. Вибрация и шум магнитопровода.

Реализована двусторонняя связь между ANSYS Maxwell и ANSYS StaticStructural. Определяются статическое напряжение, деформация, перемещение, эти данные передаются обратно в Maxwell. Механические напряжения влияют на магнитные (BH curve) и магнитострикционные характеристики материала. На заключительном этапе нагрузки передаются в модуль Harmonic Response для анализа вибрации.

Силы магнитострикции, определенные в нестационарном решении Maxwell, преобразуются в частотную область, используя неравномерное дискретное преобразование Фурье, затем передаются в виде поверхностной плотности силы в гармонический анализ. Для анализа шума магнитопровода используется модуль Harmonic Acoustic.

Акустический анализ магнитопровода трансформатора. Магнитострикционные нагрузки.

Вашему вниманию предлагается сводная таблица междисциплинарных связей между модулем электромагнитного анализа ANSYS Maxwell 2D/3D и модулями для решения задач механики, сопряженного теплообмена.

Возможные междисциплинарные связи.

Автоматизация проектирования.

В новой версии ANSYS Maxwell дополнился встроенным расширением MachineToolkit, в котором сейчас поставляется набор инструментов Electric Machine Design Toolkits. Функционал нового пакета отличается от предыдущего:

• Не требует отдельной установки приложения, все включено по умолчанию
• Значительно меньше подготовительных операций перед запуском решения
• В целом наблюдается большая автоматизация
• Нет необходимости настраивать UserDefinedSolution
• Графики выводятся в постпроцессоре ANSYS Maxwell, но старый постпроцессор был намного более функциональным.
• Процесс оптимизации по завершении параметрического расчёта происходит значительно быстрее, чем в ранних версиях.
• Отсутствует возможность указания скоса сегментов полюсов, скорее всего это связано с введенной моделью Skew Model в опциях нестационарного решателя.

Интерфейс приложения MachineToolkit

Высокопроизводительные вычисления HPC. Time Decomposition Method.

Перечень ограничений использования метода Time Decomposition уменьшился на несколько пунктов. Введена поддержка расчёта моделей с поступательным движением. Возможно использовать переменный шаг интегрирования и для двумерных моделей задействовать опцию “Periodic”, которая служит для нахождения установившегося решения для задач с периодическим возбуждением. В новой версии возможно использовать внешние схемы управления с источниками PWM если стратегия управления зависит от времени и / или положения. С этой целью при использовании TDM в схеме должна использоваться специальная модель PWM, вместо использования диодов, которые не поддерживаются TDM. Для двумерных моделей возможно задействовать опцию “Periodic” с внешней PWM схемой.

До двух раз улучшена производительность при использовании GPU в гармоническом решателе. В ANSYS EM v18.0 GPU использовалась при количестве неизвестных более 2М, в новой версии число неизвестных уменьшено до 500К.

Увеличение производительности до двух раз в решателе EddyCurrent при использовании GPU.

Улучшенные технологии решателей.

1. Для двумерных нестационарных задач введена возможность вывода результатов расчёта CoreLoss, подразделяяих по компонентам потерь (Hysteresis, Eddy, Excess), по геометрическим объектам (Статор и ротор). В постпроцессоре уже предусмотрены все настройки и пользователям нет необходимости использовать пользовательскую функцию CoreLoss.

Введена возможность разделить потери в стали на основании типов потерь и геометрических объектов.

2. Введена возможность использования нелинейных свойств относительной диэлектрической проницаемости в Maxwell 3D Electrostatic (Nonlinear D-E Curve) и удельной электрической проводимости в Maxwell 3D DC Conduction (Nonlinear J-E Curve).   

Нелинейные свойства Permittivity и Conductivity для некоторых решателей.

3. Новый тип граничных условий “Resistive Sheet” может быть использован в трехмерном нестационарном решателе для пути проводимости с источником напряжения или индуцированными вихревыми токами. Данное граничное условие поможет создать падение напряжения с выделением соответствующего тепловыделения через резистивный слой.

Новое граничное условие для задания резистивной поверхности.

4. Опция автоматического определения выхода нестационарной задачи на установившееся решение позволяет экономить расчётное время. Это связано с тем, что обычно сложно предсказать, как много периодов возбуждения необходимо для достижения решением установившихся значений и пользователь анализирует заведомо большой расчётный период. Опция работает с магнитными системами с источниками постоянного и периодического переменного напряжения. Метод основан на контроле потокосцепления и хорошо описан в справке.

Опция автоматического определения выхода решения на установившиеся значения.

5. В новой версии введен функционал по учёту влияния на потери в стали производственных факторов при изготовлении шихтованных пакетов. Конечная форма стального листа получается путем вырезания с помощью различных технологических процессов, таких как штамповка или лазерная резка, что ухудшает магнитные свойства материала. Это связано с тем, что пластическая деформация и остаточное напряжение вблизи края среза приводят к увеличению потерь в этой области. Эти потери следует учитывать для точного прогнозирования потерь в стали. Для активации этой опции необходимо выполнить три условия:
   • Использование сеточной операции Edge Cut Based, которая создаст один слой элементов по контуру структуры.
   • В свойствах материала должен быть выбран шихтованный конструктив (Lamination)
   • В свойствах материала должна быть указана эквивалентная толщина слоя реза (Equiv. Cut Depth)

Увеличение потерь в стали с учётом эффектов края среза.

6. Для 2D/3D нестационарных задач добавлен функционал по моделированию необратимого температурного эффекта при размагничивании постоянных магнитов. Таким образом на данный момент можно учитывать безвозвратное размагничивание вследствие двух причин: внешнее поле и температура. Температура в этом случае может быть задана кусочно-линейной функцией или выражением.

Сеточный генератор

С новой версии сеточный генератор TAU (Triangular Adaptive Uniform) используется по умолчанию для начальной сеточной модели всех двумерных задач. TAU обеспечивает создание однородной, высококачественной сеточной модели и изначально разрабатывался для решателей без адаптивных улучшений. Многоцелевые методы используются в TAU 2D: слоистые структуры для скин-слоя, клонирование сеточной модели, сетка “Rotational sweep” для моделей с вращающимися телами, перестроение.  

Изменения в трехмерном сеточном генераторе. Опция “Cylindrical Gap” дополнена функцией “Band Mapping Angle”, которая позволяет создавать идентичную сетку на связанных поверхностях в задачах с движением. Идея не нова, смысл в том, чтобы для каждой скорости вращения подбирать такой угол сегмента Band, чтобы на каждом шаге интегрирования модель поворачивалась на один сегмент сеточной модели, что значительно снижает численную ошибку, которая вызывается рассогласованием сеточной модели между подвижной и неподвижной её частями. Ранее предлагалось делать сегментированным Band, теперь поверхности Band могут быть “True Surfaces” с использованием новой опции. Более подробная информация по применению и дополнительных условий для “Band Mapping Angle” можно найти в справке.

Более качественные результаты получены с помощью точного контроля сегментов сеточной модели Band.

В новой версии можно построить клонированную сеточную модель для трехмерных структур в нестационарных задачах с использованием цилиндрического вращения. В отличии от предыдущих версий, данная сеточная модель строится для структур, имеющих скос, например, ротор электрической машины. В этом случае необходимо включить опцию “Clone Mesh” в сеточной операции “Cylindrical Gap” и учесть, что объект Band должен иметь поверхности “True Surfaces”.

Сеточная модель с использованием опции “Clone Mesh” для геометрических объектов, которые имеют скос.

Для более точного и качественного сеточного представления трехмерных геометрических тел с кривыми поверхностями введена новая опция сеточного генератора “Apply Curvilinear Meshing”. Maxwell не использует традиционные «криволинейные» элементы, это возможность вытягивать узлы сетки на изогнутые поверхности.

Более точное представление криволинейных поверхностей с новой опцией “Apply Curvilinear Meshing”

ANSYS RMxprt 19.0

В этой версии пока точно известно только об одном нововведении. В ранних версиях при переходе из RMxprt в Maxwell 2D с моделями, у которых присутствовали короткозамкнутая двойная обмотка или демпфирующая короткозамкнутая обмотка с замкнутыми стержнями на каждом полюсе, для всех сечений в любом случае назначалось одно соединение “End Connection”. В новой версии создаются все необходимые раздельные соединения “End Connection”

Соединения “EndConnection” создаются для каждой короткозамкнутой обмотки.

ANSYS Simplorer R19.0

Большинство нововведений пока доступны только тезисно.

Инструменты создания описательных моделей полупроводников

Инструмент Device Characterization дополнен возможностью создания моделей тиристоров, на основании технических данных поставщика изделия. Библиотека элементов содержит несколько готовых тиристоров для примера, созданных с помощью новой возможности.

Работа с компонентами Modelica

Modelica Diagram Editor

Simplorer Modelica Diagram Editor позволяет отображать символы.

Встроенная документация для MSL и других библиотек Modelica.

Сохранение рабочей модели Modelica

Пользователи теперь могут использовать Visual  Studio в качестве компилятора, что полезно при использовании скомпилированных библиотек внутри Modelica

Улучшенный браузер модели Modelica

Доступна интегрированная интерактивная справка для библиотек Modelica

Библиотеки Modelica и приложения

Библиотека физических соединителей позволяет создать связи между моделями Simplorer и Modelica.

Новая библиотека элементов нагрева и охлаждения доступна в магазине приложений ANSYS

Настроенные преобразователи мощности и модели АЦП / ЦАП

Включает готовые модели конвертеров и примеры.

Добавлены новые 8 и 12 битные модели АЦП и ЦАП

Новый многопоточный нестационарный решатель

В новой версии аналоговый решатель может распараллеливать расчет модели.

Улучшения производительности зависят от модели, схемы с более крупными независимыми моделями показывают лучшую производительность

Поддержка Matlab

Добавлена поддержка Matlab R2017a и R2017b.