ANSYS 14.5提供大量全新的先进功能,有助于更好地掌握设计情况从而提升产品性能和完整性。将ANSYS 14.5的新功能与 ANSYS Workbench相结合,可以实现更加深入和广泛的物理场研究,并通过扩展满足客户不断变化的需求。

ANSYS 14.5采用的平台可以精确地简化各种仿真应用的工作流程。同时,ANSYS 14.5提供多种关键的多物理场解决方案、前处理和网格剖分强化功能,以及一种全新的参数化高性能计算(HPC)许可模式,可以使设计探索工作更具扩展性。

如需深入了解ANSYS 14.5并咨询ANSYS产品开发专家,请参加ANSYS 14.5系列网络研讨会。列表中包括即将举行的网络研讨会信息以及过往的会议记录。

 

结构力学  


复杂3D复合材料型材

您可以轻松利用复杂几何形状创建3D层叠复合材料,然后方便地将这些模型与整体装配中的非复合材料部件进行组合。ANSYS Mechanical能够根据ANSYS Composite PrepPost提供的复合材料进行进一步分析;在显式动力学方面,可利用Composite PrepPost创建复合材料模型。在Mechanical中,您可以将多个来自Composite PrepPost和Mechanical的模型进行组合;随后在Composite PrepPost中完成后处理。

 
 设置复合材料和非复合材料模型装配的典型工作流程

 


复合材料压力容器上的全局应力结果

 


使用钛合金封盖的复合材料压力容器

 

流程定制

您可以使用客户化应用工具套件(ACT)在Mechanical环境中自己创建载荷、边界条件或结果,并在用户友好环境中显示已有的脚本。您的工作组可以利用Mechanical环境将内部解决方案整合到仿真工作流程中。
 

裂纹建模

ANSYS 14.5推出一种易于使用的裂纹建模工具,可用于计算应力强度因子、能量释放率和J积分等裂纹特性。在Mechanical模型中,您可以在网格剖分操作完成后插入裂纹。提供的裂纹形状为椭圆形,其长半径和短半径可以控制。合适的裂纹网格会自动导入模型中,随后的分析将包含这个裂纹。最终您可将子模型和裂纹分析进行结合。

 

在几何模型中插入裂纹:几何定义(左图)和结果网格(右图)

ANSYS Mechanical中绘制的应力强度因子图

 

从外部文件映射边界条件

映射功能提供的并行能力可实现6至7倍的速度提升。另外,还可以映射包括力和位移在内的更多数据。这项技术提供了Kriging映射的并行实现方法。其他改进还包括对cdb存档文件的访问能力,以便利用单元形函数改善结果插值。

 

使用等值线控制映射质量

映射来自外部文件的位移

 

简化的工作流程

ANSYS 14.5提供的工具方便高级用户更好地控制自己的模型,同时它还提供更加灵活的模型设置。例如,循环对称分析包含远程点、质量点、热质量点、远程位移、力和力矩。还允许使用约束方程。反力和反力矩功能可用。
 

循环对称模态分析结果

可在后处理视图中选择节点。在结构几何形状表面提供反应探针。在用户选择的几何体表面上进行作用力与力矩的求和计算。反应探针已扩展到弹簧、梁、远程点和网格连接(适用于焊接)。还提供流体压力穿透结果。
 

接触模型的详细控制

这项技术能提升用户对接触属性的控制。您可将大多数接触属性定义为具有多个变量的函数,甚至适用于多物理场应用。
对接触而言,接触单元的所有实常数都可以根据时间、温度、接触压力和间隙/穿透的变化情况,以列表的方式来定义。高级用户可以受益于改进后的用户定义接触相互作用及摩擦功能(含多物理场)。可以通过用户子程序定义实常数,建立对更多参数(比如穿透或状态变量)的相关性。
在机械方面,您可以方便地建立轴和轴承之间的间隙模型。这项功能适用于球形接头节、普通接头和衬套接头,并可定义几何尺寸(内/外半径、高度)。为提高效率和可靠性,间隙模型未使用接触功能。
该版本提供无分离接触功能和“受力摩擦滑动”接触功能。后者是一种简化的摩擦接触,无“粘合”状态(阻力)。
 

提升显式动力学解的稳定性

在分析设置中提供下拉菜单,用于选择四种不同的分析类型。根据选择情况,可为用户提供时间步长计算值、质量缩放、精度、单元类型、限值、输出控制值以及其他参数值。
 

热机械疲劳

您可以使用ANSYS nCode DesignLife考查因恒定高温和瞬时高热循环而造成的产品寿命缩短情况。高温分析解决方案采用应力寿命、应变寿命等多种专业方法进行准确的损伤评估。
 

大型、复杂模型的性能

ANSYS结构力学在用户界面层引入了一系列工具,可高效创建和导航大量仿真数据,从而帮助用户简化模型设置工作。您可以使用并行计算(特别是GPU)和子模型技术来提升模型求解效率。这项技术可加快显示速度,缩小结果文件的大小,从而改善后处理性能。几何形状导入和操作得到了大幅度改进,导入时间缩短约2至4倍。
 

使用14.5缩小结果文件

设置工具提供仿真树过滤功能,便于您根据标签或名称对树进行过滤。随机色彩选项可为所有载荷和边界条件标注不同颜色。在创建载荷、边界条件或者接触后,您可以选择多个需要复制这些载荷/边界条件/接触的其他几何体。另提供多种选项,用于为复制后的载荷或几何体组命名。连接也可通过相同的方式进行复制。连接工作表将整个装配中的全部或部分接触以及连接显示在矩阵表格中。

 

过滤仿真树中的项目

高速迭代PCG求解器支持铰接。远程求解文件管理性能经改进后可提供结果文件的合并功能,便于用户在仿真运行过程中合并结果文件,用于进行后处理,或者用于后续分析或存档。文档合并速度显著加快(提升多达10倍),尤其在运行微软Windows的系统上速度提升更加明显。
子模型已经成为ANSYS Workbench的固有功能,可以缩放设计的关键部分,无需对整个总成进行精细网格化就可以改善局部结果的精度。子模型可用于线性和非线性分析,还提供温度场导入功能。

 

子模型分析:粗网格(左)和子模型精细网格(右)

高性能计算(HPC)性能的提升包括:使用多个GPU缩短任务求解时间;与使用单GPU相比,实现了更强的可扩展性能。由于超过单GPU内存容量而无法在单GPU上求解的大型模型现在可以使用多GPU的内存,而且可加快求解速度。
热辐射分析的求解速度提升2至4倍。

 

将多个GPU用于单个仿真,可加快仿真速度

使用单精度存储,在后处理过程中,结果文件的大小平均可缩小2倍。用于控制存储结果数量的选项有多种。另外还提供多种选项,使得谐波分析和瞬态分析只需在受约束节点上(而非整个模型)存储节点反力。
在Mechanical中对环形结构进行后处理时,动画制作速度可加快60%。您可以使用视图管理面板存储预定义视图,然后利用它们为任何模型创建相似的视图。

流体动力学  


一体化的高级网格技术

14.5版将ANSYS TGrid网格功能集成到ANSYS Fluent环境中。这样,无需离开Fluent环境,您就可以使用所有的TGrid功能创建网格,并无缝切换到Fluent的前处理、求解器和后处理模块。和基于文件的传输方式相比,用户可以提高仿真的紧凑度,减少一半的数据传输次数。
 

使用嵌入在ANSYS Fluent图形用户界面中的ANSYS TGrid功能对飞机发动机舱的挂架进行网格剖分

由于Fluent网格剖分结合了Workbench CAD的导入功能以及TGrid功能,因此用户可以在单个环境中使用多种功能:

  • 使用单条命令同时读入不同格式的多个CAD模型(含子目录)
  • 可单独使用STL文件、表面网格和原有网格,也可将其与CAD几何形状结合使用;借助GUI(图形用户界面)特有的表面覆盖工具,可轻松提取流体域
  • 创建流体域(立方体和圆柱体),用于表达待研究产品周围的流体域
  • 使用高级尺寸功能(全局、局部的曲面和临近尺寸,并可控制最大和最小尺寸)和影响体控制功能,生成高质量的面网格(advancing front)和体网格(cut-cell)。
  • 可以用wrap工具作为几何简化和面网格剖分的综合工具,用于将同一模型中的wrap和非wrap部分结合起来,或者在更加精细的尺寸上进行wrap,以采集全部几何形状详情,然后以较粗的解析度进行网格剖分。使用附加工具进行几何形状清理(闭合几何体之间的间隙),并创建如中面间挡板这样的薄面。
  • 使用cut-cell网格技术将网格化部件缝合在一起,构成一致的高质量表面网格。
  • 运用先进的膨胀技术实现高质量的光滑边界层网格。运用先进的四面体和六面体为主的网格技术实现高质量的体网格。

 

形状优化

智能形状优化功能提供能够自动确定最优形状的解决方案,避免繁重的几何参数定义和输入工作。此外,使用网格变形功能,可以在优化过程中跳过几何形状确定和网格重剖分步骤,从而大幅度压缩优化流程。
您可以将改进后的Fluent网格变形器和优化器连接到ANSYS DesignXplorer,同时运用DesignXplorer的设计优化或探索功能以及Fluent的网格变形优势。此外该工具简单易用:重新组织了整个图形用户界面,并且改进了控制区生成流程。

 

歧管外形优化。为减少压降,将红色区域推入,将蓝色区域拉出

Adjoint求解器的可观察量被扩展为自动可观察量(质量流率、具有不同加权方式的压力和总压积分、流动均匀性)和综合可观察量(和、差、比率、幂的线性组合、方差)。通过支持平移和旋转周期边界,Adjoint求解器的适用范围得到进一步扩大。后处理得到改进后可实现更加优质、快速的评估。
 

更好的可用性

ANSYS 14.5的仿真监测和控制更加方便。Fluent允许您选择通过任何其他应用来驱动Fluent仿真的执行。这可以将Fluent的功能与其他设计工具相结合,开辟了一条发挥Fluent仿真力量的新途径。新的通信规程使Fluent可以在服务器模式下运行,利用Matlab、Simplorer、Excel或其他程序的用户界面完成仿真设置并启动仿真。定制用户界面可以使用应用术语和公司专用术语,并可限制特定用户对Fluent设置的访问。
Fluent解监视器(比如升力和阻力监视器)直接显示在Workbench环境中,同时在后台进行计算,这样便于了解收敛状态。

 

无需打开Fluent应用,从ANSYS Workbench窗口就可以监视ANSYS Fluent收敛情况

监视器(表面、体积、升力、阻力或者力矩监视器)可用作收敛判别标准,以便采用一种以上的因素自动判断收敛情况(监测正残值),或者用监视器取代残值,以确保仿真收敛至用户要求的标准。当监视到的结果无明显变化时,尽管残值仍在下降,仍需要利用基于监视器的收敛指标终止求解过程,避免超时运行,以便节省宝贵的仿真时间。
 

内燃机

内燃机分析系统可提供完整的进气和排气口气流分析功能,基于最佳实践对仿真的某些环节更加自动化,,降低了不同构型的设置难度并提高网格质量。
采用该应用,从创建初始几何形状到仿真开始这一过程只需几分钟就能完成。该工具通过自动分解发动机几何解构,创建网格,设置冷流仿真(包括动态网格),以及生成采用内燃机专用术语的初步报告,能够统一和简化内燃机仿真的设置和求解过程。用户通过在Workbench中进行参数化研究,可以更加深入地掌握发动机性能。
 

内燃机分析系统包括完整的进气和排气口气流分析功能

 

针对专门应用的高级物理功能

ANSYS 14.5提供的工具可以更好地进行排放预测,更加准确地预测多相流现象和自由表面流场,并且为气动声学仿真提供重要功能。
在为自由表面建模时,您可以仿真包括椭圆余弦波和孤立波在内的全系列波浪动态,并建立多重波叠加模型。还可以将输入波瞬态轮廓、取决于其他变量(如组分浓度)的表面张力以及可压缩液体等特征包含进来,以便提高自由表面仿真的精度。

在燃烧和反应流领域,污染物模型功能包含适用于超均衡组分(尤其是一氧化碳)的预混合层流小火焰单元模型。在真实气体领域,它们可以与部分预混模型配合使用,并可在亚临界流型中选择液相或者气相。在许多应用中,声学现象具有非常重要的地位。在使用计算声学的时候,需要确定出准确的边界条件才能直接在流体仿真中计算出声波源和传播情况。ANSYS 14.5为基于压力的求解器引入全系列无反射边界条件(NRBC),以实现更高的声学计算精度。这对于开发燃气轮机燃烧系统的企业来说尤为重要,因为只有使用NRBC才能准确预测燃烧动力学。这些条件适用于速度和压力出口以及速度、质量流和压力入口。NRBC完全兼容于压力求解器中的组分传递和燃烧计算。
在为气液系统建模时,可使用排气边界条件建立一个自由表面模型。从这个自由面上,离散气泡可以逃离,但液相不可以。这项功能与常规方法相比周转时间更短,并且可以用于所有气液流体系统。同时还为气液系统提供升力、阻力、壁润滑力、紊流分散、紊流相互作用模型,以便为具体情况选择最合适的模型。这些作用力和相互作用会影响泡罩塔和气体射流混合槽等设备运行时的垂直速度和含气率。引入这些参数有助于更好地预测分散相动力学。
ANSYS 14.5提供一些用于改善气-固和液-固系统颗粒建模的功能,具体包括对单元平均DPM量进行后处理,在用户定义有界平面上采样DPM颗粒,以及特别有利于内燃机应用的椎体喷射扩展功能。对于高浓度固态颗粒的仿真而言,基于微粒统计学的颗粒温度功能可以改善对颗粒温度和碰撞的预测,另外还为DEM和喷射仿真提供更适用于喷射应用的包释放法。
欧拉壁面液膜模型能够与混合模型以及欧拉多相流模型耦合,包括热耦合、冷凝建模和汽化建模。这些扩展功能有助于针对有热传递的飞机组件、航空航天舱内冷凝以及机动车挡风玻璃结雾和除雾进行湿法和回流分析。

 

进行机翼湿法分析:轨迹是水珠在机翼上的流动路线;机翼颜色代表液膜厚度

 

涡轮机

采用瞬态叶栅(TRB)模型强化功能后,涡轮机瞬态仿真的计算开销大幅度下降。ANSYS 14.5能显著简化气动弹性阻尼的评估,并大幅提高叶片颤振分析的效率和实用性——可以从对应的结构分析中导入和导出数据。另一项功能是能够将蒸汽作为TBR仿真的工作流体,从而将这些功能强大的模型用于蒸汽轮机应用。
涡轮机设计和分析辅助工具集也得到了强化,包括:

  • 可在ANSYS BladeModeler中将新的叶片几何形状与以前的设计或参考设计进行形象化比较。
  • 改进强大的ATM方法,可在ANSYS TurboGrid中生成最高质量的叶片通道网格。
  • 集成Vista CPD,便于在ANSYS Workbench中直接完成离心泵初始设计。
  • 在涡轮机工具中增强系统级工作流程

 

更好、更快、更可靠的仿真

求解器数值的重大改进带来了更优秀的仿真可靠性。具体包括:改善非一致网格界面基于节点的梯度精度,与多面体网格的兼容性,非定常流局部残值缩放的一致性,以及质量流周期与基于压力的耦合求解器的兼容性。
对于GPU在工业CFD中的应用潜力问题,相关评估工作仍在继续。您可以在GPU上进行角系数和射线追踪(辐射)计算,大幅度减少这些步骤在仿真中的计算时间。您还可以编写UDF,以便发挥GPU的功能。
由于离散颗粒跟踪模型中基于物理学的负载均衡功能得到了改进,使得计算速度得到了多达4倍的提升。DPM存储器管理功能的改善进一步提升了DPM仿真的扩展能力。这意味着即使是包含一千多个内核的大型仿真也可以获得更强的扩展性。DPM可靠性的提升也有助于提高这些仿真的处理能力。

 

孤立波传播

在许多情况下,多面体转换性能可以提高25%,对某些网格而言可以提高2.5倍。
在燃烧应用中,自动的PDF网格细化和表格数据二阶插值法,可将总体仿真时间缩短大约25%。对混合分数燃烧模型(同时含有氮氧化物和煤烟)中的污染物模型而言速度提升非常明显。
HPC项目文件I/O优化功能可将仿真文件读取操作速度提高20%。欧拉壁面液膜建模在自适应时步法上的改进则能加快瞬态计算的速度。
在仿真中使用辐射模型可以获得代码重构优势。代码重构能够利用S2S模型缩短项目读取时间,加快大型工业项目中射线跟踪角系数的计算速度,并可求解发动机舱内复杂项目的热点问题。使用S2S辐射模型的用户还可以通过周期边界来缩小建模几何尺寸,从而节省计算时间和存储空间。
 

流体结构多物理场功能的扩展

ANSYS 14.5允许流体(ANSYS Fluent)仿真和电磁(ANSYS Maxwell)仿真之间进行双向耦合。此外单向热流体-结构相互作用(FSI)的设置在ANSYS系统耦合中更为简便。双向耦合力/位移/变形的FSI可靠性得到了极大改善,使工程师能够更快速、更轻松地对完整产品进行深入了解。

 

牛奶从牛奶盒中倒出的双向FSI:灰色等值面代表牛奶表面;彩色表面显示牛奶盒的形变

系统耦合通过外部数据连接来管理Fluent和ANSYS Mechanical之间的单向热FSI。这种单向FSI既可以是流体到结构,也可以是结构到流体。来自ANSYS Mechanical、CFD-Post、第三方求解器、Excel表格等多种源头的热流、壁温、热传导系数等信息可被映射到Mechanical或者Fluent中。
通过对带有系统耦合的双向FSI进行压缩性校正,可以提高作用力/位移FSI仿真的可靠性。


稳健性设计和高性能计算  


为参数研究提供新的许可解决方案

对多种参数进行仿真会生成数十或数百种需要评估的设计。为加快评估过程,ANSYS为参数仿真提供了一套可靠的工具。该解决方案包含一种关键产品,即ANSYS HPC Parametric Pack许可。该产品可针对各个应用(预处理、网格剖分、求解、HPC、后处理)扩大许可证的范围,在只使用一套应用许可证的情况下同时运行多个设计点。ANSYS HPC Parametric Pack采用ANSYS HPC Pack许可证(为单项工作提供可扩展并行处理)的结构,能够增强用户同时运行多个参数分析的能力。

单个ANSYS HPC Parametric Pack许可证可同时运行四个设计点,无需额外的应用许可证

 


与提供可扩展并行处理功能的ANSYS HPC Pack类似,当客户需要在每个参数设计研究过程中使用一个以上软件包的时候,需要利用Parametric Pack进行功能扩展

 


对拖拉机车轴这种大型结构机械模型而言,运行八个设计点所需的总体用时显著缩短

 

工作调度环境得到改进

通过提供更强、更可靠的工作提交和调度功能,ANSYS 14.5对HPC流程和设计探索进行了改进。远程求解管理器(RSM)可提交多个设计工作点,并借助第三方工作调度器让每项工作运行在多个并行处理内核上。RSM文件处理速度得到了提高,因此多项工作能够跨越网络将数据可靠地传输到远程计算资源。新的安装和配置向导能够简化RSM在HPC环境中的部署。
 

GP-GPU计算

ANSYS与GPU计算领域的领先供应商NVIDIA合作,利用GPU技术为求解器加速。ANSYS 14.5把这项功能扩展为每部机器使用多个GPU,与使用单个GPU相比,实现了扩展性能的显著提升。此外,因超出单个GPU存储器容量而无法使用GPU技术的大型模型现在可以搭配多个GPU存储器,从而加快了求解速度。ANSYS Mechanical的客户可以在工作站或配备GPU的服务器上对CPU内核和多个GPU进行互换使用,从而为大多数仿真负载加速。使用ANSYS Fluent,角系数和射线跟踪(辐射)功能可以在GP-GPU上得到完全支持,从而显著降低这些步骤在仿真中的计算时间。用户也可编写UDF来发挥GPU的作用。

 


ANSYS Workbench  


面向ANSYS Mechanical的应用定制化工具套件(ACT)

利用ACT创建垂直应用,以捕获ANSYS Mechanical环境针对具体领域的要求和所需的工程设计技术,提供支持所有ANSYS Workbench优势(闭环参数优化、持续相关性CAD集成、多物理场等)的统一工作流程,并实现可调节的易用性。用户可以引入定制的预处理和后处理功能;对APDL脚本进行封装;显示MAPDL求解器功能;集成第三方组件,以上这些功能只需用户掌握应用工程师级的技能即可实现,无需深入的开发知识。
 

针对过程自动化的定制用户界面

在使用ANSYS工程知识管理器(ANSYS EKM)Studio应用时,用户无需再为生成流程模板定制UI而进行手动的脚本编写。此版本为流程模板创建人员提供了无代码的拖放式用户界面设计和原型设计工具。这包括标准的常用UI窗体部件库,从而能够加快完成速度,提高工作效率。

用于部署仿真模板的定制UI构建工具

 

EKM Workbench集成

对Workbench项目进行本地更新并将修改信息从Workbench发送到EKM库时,高效的“修改发送/获取功能”可以确保只在库中对发生变更或修改的文件进行更新。更紧密的集成度加上Workbench的修订控制和设置提醒选项能更好地支持现有项目协作,并允许多个用户利用其他同事正在进行的工作。
 


ANSYS EKM与ANSYS Workbench集成