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ANSYS 13.0 新功能


ANSYS 13.0 新功能
蕴含了一系列最新和最先进功能的 ANSYS 13.0,凭借高可信度的仿真结果,帮 助客户更快速、便捷和低成本地开发新产品。新版本在三大领域体现全新价值: 更高精度和保真度: 由于工程要求和设计复杂性的增加, 仿真软件必须提供更精 确的结果,能够真实反映随时间变化的运行条件。 更高生产力:ANSYS 13.0 版本包含的几十种功能特性,最大限度地减少产品开 发团队在仿真过程中所需投入的时间和精力。 更高计算能力:对于一些工程仿真,ANSYS 13.0 的速度是先前版本 5 至 10 倍。 即使是复杂的多物理场仿真, 也能更迅速和有效地完成,加快产品开发和市场投 放。 基于 ANSYS 先前的版本,ANSYS 13.0 继续发展智能工程仿真技术引领产品开发 迈向新的阶段。通过压缩设计周期,优化产品多物理场性能,最大限度提高仿真 模型精度和自动化仿真过程的,ANSYS 令创新性产品的问市更快速和便捷—— 这已成为当今复杂经济环境下的势在必行。

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ANSYS Workbench Framework 流体动力学 结构力学 电磁 多物理场 仿真数据和过程管理

ANSYS Workbench Framework ·改进的多设计点评估

产品工程师可以利用改进的多设计点评估功能减少时间消耗和计算机资源。 更新 一个设计点后,只有那些受到项目变更影响的设计点会被标记为过时。

ANSYS Workbench 参数化设计实例 ·ANSYS DesignXplorer 精度 基于响应面技术进行敏感性分析或优化时,用户需要确定响应面精度,因此需要 有一个值得信任的近似方法,以便从敏感性分析中提取有意义的结果。ANSYS DesignXplorer 的新特性提高了结果的精确性。

ANSYS DesignXplorer 自动自适应细分(上)和精度评估(下) ·与 Microsoft Excel 交互 Microsoft Excel 是工程中应用最广泛的工具之一。可以用来保存某些模型的分 析数据, 也可以用来定义三维 CAD 模型的参数。 ANSYS 13.0 中, ANSYS Workbench 平台可以和 Microsoft Excel 电子表格进行交互操作,提高工作效率。 Microsoft Excel 程序可集成在 ANSYS Workbench 的组件系统中作为参数设置栏, 与 ANSYS DesignXplorer 交换参数,可在 Excel 中标记参数名称和使用范围。 Excel 可用作 ANSYS Workbench 项目的一个求解器,基于 Excel 计算的参数也可 以驱动优化。

链接到 ANSYS Workbench 项目上的 Microsoft Excel 电子表格 流体动力学 ·湍流模型 ANSYS 13.0 包括许多新的改进湍流模型,能够更精确的捕捉物理现象。 ? 嵌入式大涡模拟功能允许在部分流体域使用大涡模拟, 而其他部分使用雷诺平 均的湍流模型。 因为大涡模拟消耗资源大, 而基于雷诺平均的湍流模型计算快速。 把这两种技术融合起来, 可以只在关心的局部区域使用大涡模拟,在保证精度的 前提下加速计算速度。 ? ANSYS CFX 中一个关键的附加湍流模型是有边界的中心差分离散格式(BCD), 可以避免非物理的振荡。这种振荡在诸如 LES/DES/SAS 等尺度解析时有时会出 现。 ? 在 ANSYS FLUENT 中增加了适用于多相流的 k-omega 模型。这项功能扩展了两 方程湍流模型的应用范围。 ? ANSYS FLUENT 现在包括了自适应尺度湍流模型(SAS),这是一种非稳态的雷诺 平均方法,能快速精确的模拟分离流动现象。

嵌入式大涡模拟计算的充分发展管流

非物理振荡(左)能用 BCD 格式模拟(右)

使用 SAS 模拟的 F-1 赛车轮胎后的尾迹区域 ·网格替换和重划分 这个新功能可以用更好的网格质量提高计算精度。 ? 关键帧的网格替换技术允许在一系列预先划分好的网格上求解。在每个替换 步,当前的求解结果插值到新的网格上。要替换的网格必须是相同的拓扑域,网

格在替换时可以光顺。 可以用动网格事件来定义网格替换的时间和文件名。 ANSYS FLUENT 中的关键帧网格替换技术是瞬态动网格求解时的内嵌选项。 ? ANSYS 13.0 中新增的直角笛卡尔网格重划分功能可以增加精度。直角笛卡尔 网格重划分功能在重划分整个区域时不考虑相邻区域的一致性连接关系。 允许不 借助前处理,能方便的从四面体网格替换到直角笛卡尔网格。

内燃机模拟中的网格替换 内燃机模拟中的直角笛卡尔网格重划分 ·多相流 ANSYS 13.0 增加了一些多相流模型,能满足用户更多的需求,并提供了更大的 可信度和精度。 ? 新的欧拉成核沸腾模型, 允许模拟壁面的过冷沸腾,包括非平衡过冷沸腾和过 热蒸发。 ? 增加了可压缩的离散格式,这种格式对瞬态分析更快速,结果和标准的 VOF 格式类似。 ? 对拉格朗日多相流,DDPM 模型中增加了堆积极限选项,避免出现超过极限的 堆积。这个选项可以模拟悬浮、流化床,也可以模拟多尺度颗粒系统。 ? ANSYS FLUENT 软件中的喷雾破碎模型中增加了 Kelvin–Helmholt-Rayleigh–Taylor (KHRT)破碎模型。 这是一种高韦伯数下 模拟一次破碎和二次破碎的高级模型。 ? 新的耦合多级方法是可替代 VOF 方法模拟界面的技术。 它在计算梯度和曲率有 改进,并且能更好的预测界面张力。

核燃料棒周围的蒸汽体积分数

DDPM 中用堆积极限模拟的沙子堆积

几种破碎模型和实验值的比较 ·固体运动和固体温度

ANSYS 13.0 增加了几种提高可信度和精度的方法。 ? 在 ANSYS FLUENT 中, 参考坐标系和动网格方法是相互独立的, 可以同时设置。 这样,可以在一个运动坐标系(MRF)中设置另一个 MRF。这样的例子包括转动 的风扇同时带有振动;转弯的汽车同时带有轮子转动。 ? 在 ANSYS CFX 中,多孔介质 CHT 域可以分别模拟流体和固体的温度。用户在 设置流体和固体间的换热系数时,同时设置界面面密度。能量可以在固体域和流 体域间导热。

用 MRF 技术模拟的 F-1 赛车周围流场

催化转换器中的流体域温度(左)和固体域温度(右) ·优化设计 参数化研究能帮助公司设计出更好的产品,或对产品性能有更深入的理解。在 ANSYS FLUENT 求解器中,集成了流体动力学的自动形状优化,使用梯度信息、 网格变形技术和优化算法。例如,指定一个管道出口的流速达到最均匀,管道形 状就可以自动确定出来。原始的设计采用直边,出口流动不均匀,ANSYS FLUENT 自动形状优化技术可以给出曲线的形状,以得到更均匀的出口速度分布。

自动形状优化

结构力学 ·梁和壳 ? 为几何面定义可变厚度: 可制定所选择面的厚度,不同的厚度可通过表格或函 数定义。 ? 边缘可视化增强:用于检查几何和网格边缘连接的能力得到提升。 ? 网格连接: 对于没有共享拓扑连接关系的多体部件,可手动或自动地进行相邻 面体网格边界的连接。 ? 线体端点自由度释放:相交的线体可以在顶点和相关的棱边之间释放自由度。 ? 剪力弯矩图表:图表同时显示剪力、弯矩和位移分布等线体结果。

沿梁模型长度方向显示剪切-弯矩图 ·非线性仿真的重启动 ANSYS Workbench 平台为复杂的非线性仿真计算提供易于使用的解决方案。 ANSYS 13.0 引入了非线性分析中的重启动功能。

例如,因为收敛问题或用户需要检查中间结果,求解器停止,整个求解过程不再 需要从头到尾再重新计算。 重启动分析和重启动控制可以在静态结构分析和瞬态结构分析中设置, 该功能可 在诸如时间步长改变等多种条件下进行。分析任务可以在本地、RSM 和分布式求 解过程中中断和重启动。

重启动点的设置 ·循环对称性分析 汽轮机行业的许多公司都要求周期对称性分析功能。 多年来,ANSYS 已经可以 只用计算模型的一个扇区来完成整个循环对称模型的计算。ANSYS 13.0 进一步 扩展了 Mechanical 中的这个功能。

单个扇区旋转扩展为 360 度的结果 ·非线性模拟 ANSYS 13.0 可以计算在任何一个线性或非线性载荷步下的预应力模态分析。在 以前的版本中,模态分析只能计算线性状态(特征向量和频率)。

13.0 版本的基础技术被称为线性摄动技术,该技术已经在核心求解器中开发出 来,ANSYS Workbench 的用户可以使用。该技术与以前计算非线性预应力模态分 析(PSOLVE 和其他 APDL 命令为基础)方法有本质的不同。 预应力模态分析和非线性分析的设置,除选择时间步长外,基本上是一样的。

多分析点的预应力模态分析 ·紧密流固耦合(FSI) 为了精确地模拟液体和固体之间的相互作用,有两种不同的方法,即仿真过程中 紧密耦合和直接交流数据。 液体和气体最好使用欧拉法处理,结构用拉格朗日法 处理。两部分之间的相互作用称为欧拉-拉格朗日耦合,或流体结构交互作用 (FSI)。耦合方法用于处理同一个问题的结构、流体两部分的相互作用。 对于可以使用 ANSYS 显式动力学求解器的用户而言,FSI 计算现在只需点击一下 鼠标。用户指定问题的流体部分为欧拉,虚拟欧拉域自动创建。对于使用 ANSYS Workbench 环境的 ANSYS 结构用户而言,模型定义与隐式分析十分相似,容易学 习和使用。

容器中的液体晃动 ·变分技术(VI)

变分技术(VT)是一种使计算模拟更快捷的创新方法, 在 ANSYS 13.0 中扩展到 循环对称问题的模态计算和扫频分析。 这类问题的典型加速比为 5 到 10,如果计算更多步的频域分析或更多对称面的 循环对称分析,加速比会更高。 变分技术还可以用于瞬态热分析和参数化设计,这些功能在早期版本中已经引 入。

VT 谐响应分析计算速度更快 ·3-D 网格重划分 该独特功能主要用于 ANSYS 非线性材料的结构力学分析, 这些材料表现出极度的 形状变形,如塑料、橡胶和泡沫。 当遇到非常大的变形时, 扭曲的低质量网格可能会阻止在整个载荷范围内得到计 算结果。在这种情况下,仿真分析需要暂停,重新划分网格,将接触状态、材料 属性、载荷和边界条件等求解参数重新映射到新网格上,然后再重启动计算。使 分析结果达到精度要求。

3-D 网格重划分 ·刚体动力学 3D 广义接触 ANSYS 13.0 的刚体动力学支持 3-D 广义接触分析。接触检测自动执行,如同其 他任何结构分析一样,求解器确保正确检测接触状态。

提供快速有效的方法来确定机构力和相对运动, 而混合刚柔方法对确定机械装置 中某一零件的应力变化是必要的,该方法对疲劳寿命估计非常有用。 ANSYS Workbench 平台提供无与伦比的易用性来设立刚柔模型。用户只需简单地 指定哪些零件是柔性体,哪些是刚性体。ANSYS 刚体动力学模块用于计算机械装 置中各结构之间的相互作用。 在许多机械装置中,部件运动很多都是由接触驱动 的,如凸轮驱动机构。 运动学功能目前可在大部分 ANSYS 结构力学求解器中实现。

凸轮杆刚体动力学分析(上) 汽车悬挂系统柔体动力学分析(下) ·设计评价体系

ANSYS 13.0 新开发了一个设计评估分析系统,与 ANSYS 结构力学产品配合,可 以基于 ANSYS 程序或用户自己的程序,进行荷载组合和客户化定制后处理(如规 范校核)。 设计评价系统使用定制脚本实现上游计算结果的选择和组合, 以及后续的结果评 价。它允许用户使用相关属性(可能是几何属性,但不是必须的),进行项目分 析定制。定制结果可以由一个脚本产生,保存在设计评估体系中,能够完全集成 有限元分析后处理。脚本语言支持 Python。脚本的位置,附加的属性和结果可 通过 XML 文件定义, 该文件可以轻松地在任何文本编辑器中创建,然后通过系统 设置的右键菜单选择添加。 用户可以将 13.0 版本此功能添加到静态或瞬态结构分析中。ANSYS BEAMCHECK 和 ANSYS FATJACK 产品可以支持预定义脚本接口。

ANSYS BEAMCHECK 评估(上)和铰接点可视化检查实例(下)

·使用 GPU 进行高性能计算 ANSYS 13.0 充分利用图形处理单元(GPUs)的双精度通用计算能力,将复杂的 数值处理算法移植到更强大的 GPU 显卡上执行。此功能已经可以在 ANSYS Mechanical 和 Nexxim 求解器上实现。 电磁学

·HFSS 瞬态求解器 HFSS 的瞬态求解器是基于非连续 Galerkin 时间域方法(DGTD),使用了非结构化 网格,能够精确对复杂几何进行求解。

利用 HFSS 应用瞬态性能:电磁干扰研究(左)和雷击(右)

·混合方程求解 ANSYS 13.0 为高频电磁求解引入了首个商业化程序,这个程序使用有限元方法 (FEM)和积分方程(IE)方法进行混合求解。

风涡轮的雷达截面

·HSPICE 的整合 流行的电路仿真软件,Synopsys?的 HSPICE ?与 ANSYS Designer 软件进行了整 合,它提供了一个强大的用户界面,用于与电磁软件 HFSS 和 SIwave 进行连接。

Ansoft Designer,连接 HSPICE 和 HFSS 多物理场 ·外部数据映射 ANSYS 致力于仿真驱动产品研发,面对现实世界的商业挑战。来自不同学科的工 程师共同设计一个产品,常常使用不同的工具。CFD 分析工作往往需要与结构分 析工作交换数据。例如,CFD 压力作用在结构模型上。 ANSYS 13.0 开发了一个全新的外部数据映射器,映射器将文本方式的外部数据 文件定义为“点云”, 并将数据投影到当前的网格上。外部数据映射器面对不同 类型用户的数据(如 CFD 和结构),并以直接简单的方式交换模型数据。它还提 供导入第三方应用程序的数据的功能。体积温度、表面压力、传热系数等可以很 容易地映射到新的分析模型上。 用户可以定义导入数据的单位,使导入数据单位 与分析的模型单位一致。 映射器还具有显示控制功能,让用户确认点云映射与模 型相一致。数据映射可以是从 3-D 到 3-D 几何,也可以是从 2-D 到 3-D 几何。

点云的涡轮叶片温度插值 ·电磁-结构耦合分析 通过将 Maxwell 和 ANSYS Mechanical 求解器在 ANSYS Workbench 下整合,ANSYS 13.0 提高了电磁-结构耦合分析能力。在 ANSYS Workbench 环境中,Maxwell 求 解器将电磁力密度传递给 ANSYS Mechanical 求解器。电磁力载荷自动从电磁网 格映射到与之不同的结构网格上,使结构分析包含电磁力密度。这一新功能帮助 用户进行各种电磁-结构耦合分析,比如电动机、变压器和超导电磁体等。整个 求解过程参数化,可以简单快速地对各种设计参数模型进行分析评价。

混合动力汽车结构电机定子的电磁耦合分析 ·电磁-热耦合分析 通过将 HFSS 和 ANSYS Mechanical 求解器在 ANSYS Workbench 下整合, ANSYS 13.0 提高了电磁-热耦合分析能力。HFSS 求解器将电磁损耗传递给 ANSYS Mechanical 求解器。 面损耗和体积损耗都被自动从电磁网格自动映射到与之不同的结构网格 上,使热分析包含电磁热损耗。这一新功能帮助用户计算各种 RF 和微波元件的 温度分布。 整个求解过程参数化,可以简单快速地对各种设计参数模型进行分析 评价。

高功率连接器的电磁热耦合分析 仿真数据和过程管理 仿真工作流程或过程一般由很多连续性的任务组成,任务之间通过各种活动连 接, 这些活动将保证仿真任务能够顺利完成。组成仿真流程的任务可以被分配到 仿真专家团队或机器资源,如集群机。

ANSYS 工程知识管理平台(ANSYS EKM)处理此类 CAE 技术性的协同工作流程非 常有效。ANSYS 13.0 中的全新模块 ANSYS EKM Studio 能够定义仿真工作流程和 过程, ANSYS EKM 的流程执行引擎能够让仿真流程和过程以用户友好的方式执行。 同时,EKM 能够自动捕获仿真流程执行过程中的各种相关信息、输入输出等,这 对于仿真流程校核和审核将十分有价值。


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