W skrócie

Zasadniczo produkty mechaniczne ANSYS dzielą się na 5 licencji, z których wszystkie funkcjonowały na platformie ANSYS Workbench:

  • ANSYS DesignSpace - proste narzędzie dla konstruktorów. statyka liniowa, kontkat nieliniowy, brak nieliniowości geometrycznych, termika w stanie ustalonym
  • ANSYS Professional NLT - DeasignSpace + termika w stanie nieustalonym oraz ograniczoną dynamiką liniową
  • ANSYS Professional NLS - termika w stanie ustalonym, statyka nieliniowa, nieliniowy kontakt, nieliniowości geometryczne, dynamika liniowa
  • ANSYS Structural - pełna nieliniowość i dynamika nieliniowa bez termiki (termika w stanie ustalonym)
  • ANSYS Mechanical - najwyższa licencja do symulacji mechanicznych. Zawiera możliwości wszystkich niższych licencji oraz: możliwości symulacji pełzania, możliwość wykorzystania do dwukierunkowego FSI oraz wiele innych 

 

Stara struktura licencji

 


 

ANSYS Professional NLS i NLT

Narzędzie do analiz wytrzymałościowych i termicznych metodą elementu skończonego.

ANSYS Professional jest narzędziem przeznaczonym do analiz termiczno-wytrzymałościowych. Posiada bogatą bazę elementów i narzędzi potrzebnych do zamodelowania większości problemów inżynierskich z tej dziedziny problemów. Przykładami symulacji konstrukcji, którym może podołać Professional mogą być analizy zbiorników ciśnieniowych, rurociągów wentylacyjnych, elementy nagrzewnic, wymienników ciepła, konstrukcje wsporcze i nośne, elementy pomp i zaworów, kadłuby urządzeń, dźwignice, podnośniki, żurawie, wózki, elementy dodatkowe i oprzyrządowanie, zmęczenie lub mechanika pękania i wiele innych.

Domyślny interface "ANSYS Workbench" pozwala praktycznie natychmiast zdefiniować analizę. Tego typu inteface jest ukłonem w kierunku narzędzi przyjaznych użytkownikowi przy zachowaniu dostępu do pełnej funkcjonalności pakietu ANSYS. Środowisko to dostarcza intuicyjnych narzędzi do tworzenia modelu, definicji kontaktu, przyjaznej budowy siatki i szereg łatwych do zrozumienia warunków brzegowych. Ponadto, umożliwia on bardzo wyrafinowany postprocessing wyników na ścieżkach, powierzchniach i bryłach, aż po tworzenie własnych wyników.

Łatwa obsługa programu ANSYS/Professional nie ogranicza jego możliwości tylko do wykonywania prostych analiz inżynierskich, lecz umożliwia bardzo szeroką ingerencję w tok i zakres analiz, przykładowo poprzez tworzenie własnych makr i funkcji. W pakiecie, dostępne są również narzędzia FE-Modeler i ANSYS Mechanical APDL które, będąc nastawione na pracę niskopoziomową na węzłach, elementach i geometrii, dostarczają omal nieograniczoną swobodę w modyfikacji parametrów analizy.

Zbiór narzędzi PREprocesora umożliwia tworzenie analizy w zależności od potrzeb i możliwości w firmy. Dla firm, które posiadają rozbudowane stanowiska CAD istnieje cała gama narzędzi importujących geometrie bezpośrednio z programów do modelowania. W wypadku braku takiego zaplecza, lub gdy wykonujemy analizy "od podstaw", program dysponuje szeregiem narzędzi do samodzielnego tworzenia i modyfikacji geometrii. Warto zwrócić uwagę że ANSYS Professional współpracuje z ANSYS DesignModeler jak i SpaceClaim.


 


ANSYS/Professional występuje w dwu wariantach :

 

  • NLT - Nonlinear Termal - jest narzędziem nastawionym pod kątem nieliniowych analiz termicznych i termo mechanicznych
  • NLS - Nonlinear Structural - jest narzędziem nastawionym pod kątem nieliniowych analiz mechanicznych
ANSYS Professional
NLT NLS
Termika stanu ustalonego
Termika stanu nieustalonego  -
Analizy statyki mechanicznej - liniowej i nieliniowej geometrycznie i kontaktowo
Analizy z plastycznością i kontakt z definiowalnym tarciem -
Analizy termo-mechaniczne -
Dynamika modalna - drgania własne także wstępnie sprężone
Dynamika harmoniczna - wymuszenie sinus sweep i tłumienie
Dynamika drgań losowych - wymuszenie PSD    
Dynamika spektralna - np trzęsienie ziemi  
Dynamika stanów przejściowych - MSUP transient * *
Wyboczenie liniowe
Wyboczenie nieliniowe -
Optymalizacja kształtu
APDL

 

Oba pakiety Professional NLT i NLS umożliwiają na symulacje bardzo zaawansowanych analiz termodynamicznych ciał stałych. Zarówno mechaniczne jak i termiczne właściwości materiałowe mogą być uzależnione od temperatury.
System wyposażono we wszystkie istotne warunki brzegowe wraz z możliwością uzależnienia wartości ich wymuszeń od czasu. Możliwe jest więc zdefiniowanie temperatury (Diritlecha), strumienia ciepła (Newmana), konwekcji (Robina) , generacji objętościowych źródeł ciepła, oporu cieplnego w kontakcie, radiacji do otoczenia jak i między powierzchniami.

Oba programy pozwalają na analizę krokową w czasie, w postaci kolejnych stanów ustalonych. Jednak jedynie NLT daje możliwość analizy grzania i chłodzenia, czyli analiz termicznych stanów nieustalonych.

Wyniki analizy termicznej w postaci temperatur można przenieść na pole mechaniczne i w ten sposób uwzględnić odkształcenia termiczne.

 

Możliwości analizy mechanicznej są znacznie większe niż to jest w niższej licencji DesignSpace.  Program pozwala na budowę zarówno modeli bryłowych (solid), powłokowych (shell) oraz belkowych (beam).

Pomiędzy wszystkimi typami elementów można definiować interakcje w postaci kontaktu. Dzięki niemu, nie jest wymagane budowanie modeli MES o ciągłej siatce. Konstrukcje, tak jak w rzeczywistości, mogą składać się z części i podzespołów przekazujących siły poprzez powierzchnie styku. Z togo powodu, można efektywnie łączyć różne typy modelowania. Jeśli na stalowym rusztowaniu jest postawiony blaszany podest, a wymuszenie pochodzi od niewywarzonego wirnika silnika stojącego na tym podeście, do analizy dynamiki takiego układu można skorzystać ze wszystkich typów elementów. Belkami zamodelować szkielet rusztowania, powłokami podest a elementami bryłowymi korpus silnika. Po wybraniu najbardziej niekorzystnego scenariusza obciążenia można przeprowadzić dokładną analizę węzłów konstrukcji metodą submodelingu.

 

ANSYS Professional NLT NLS
Powierzchnia do powierzchni    
Powierzchnia do węzła  
Węzeł do węzła  apdl apdl
Constrain Equation    
MPC    

 

ANSYS Professional
NLT NLS
 Kontakt liniowy - związany, z poślizgiem    
 Kontakt nieliniowy - z separacją lub stykiem    
 Definiowany przez użytkownika współczynnik tarcia    -
 Delaminacja kontaktu związanego    -    -
 Narodziny i uśmiercanie elementów    -    -
 Separacja z podążającym ciśnieniem
 Kontakt z ciałem sztywnym
 Rezystancja cieplna w kontakcie    -

 

W ANSYS Professional dostępne jest wiele narzędzi do analizy dynamiki liniowej.

Dzięki analizie modalnej możliwe jest określenie częstotliwości drgań własnych nietłumionych. Analiza może określić częstotliwości jak i postaci drgań swobodnych lub wstępnie sprężonych konstrukcji. W pierwszym przypadku układ drgać będzie z częstotliwością własną, w drugim znów częstotliwości będą przesunięte z powodu istnienia wewnętrznych naprężeń. Przykładem takiej analizy może być struna gitary która w miarę naciągania zmienia swoją odpowiedź częstotliwościową.

Uzyskana w ten sposób informacja pozwala między innymi na określenie czy dla poprawnej analizy konstrukcji potrzebna jest w ogóle analiza dynamiczna, daje możliwość porównania modeli rzeczywistego z wirtualnym (eksperymentalna analiza modalna), oraz może być podstawą do dalszej analizy dynamicznej (superpozycja modalna).

Analiza harmoniczna pozwala na wyznaczenie odpowiedzi fazowo-częstotliwościowej konstrukcji. Dzięki niej możliwe jest określenie rzeczywistej amplitudy (z uwzględnieniem tłumienia) jaką osiągnie przemieszczenie i naprężenie podczas nieskończenie długiej ekspozycji na obciążenie sinusoidalnie zmienne. Możliwe jest również określenie kąta przesunięcia fazowego między wymuszeniem a obciążeniem. W przypadku istnienia kilku niezależnych obciążeń, przesunięcie fazowe może dodatkowo niekorzystnie wpływać na warunki pracy. Ponad to, uzyskane charakterystyki pozwalają na oszacowania emisji hałasu.

Analiza spektralna, dostępna dzięki Mechanical APDL, jest również typem analizy do której wymagane jest wyznaczenie częstotliwości własnych. Obciążeniem w tym typie symulacji najczęściej jest specjalnie spreparowane spektrum przemieszczeń np. odwzorowujące oddziaływanie trzęsienia ziemi. Dzięki specyfice sformułowania, uzyskane wyniki pozwalają na określenie maksymalnych amplitud przemieszczeń i naprężeń dla krótkotrwałych wymuszeń nieergodycznych jak trzęsienia ziemi, uderzenia, falowanie oceanu, oddziaływanie wiatru, wibracje itp. bez potrzeby uciekania się do pełnej analizy dynamicznej w czasie.

 

Zaawansowani użytkownicy w ANSYS Mechanical APDL znajda również dodatkowe narzędzia do tworzenia i optymalizacji. Między innymi, dzięki klasycznej powłoce, można korzystać z kreatora rurociągów "Piping Module". Dostępny jest również moduł do optymalizacji parametrycznej i analiza probabilistycznej rozwiązania. Obecna w ANSYS Mechanical APDL optymalizacja opiera się na metodzie "Monte Carlo" i pozwala zdefiniować pojedyncze kryterium celu. Rozszerzeniem tego narzędzia na optymalizację wielokryterialną jest ANSYS DesignXplorer. 

Środowisko Mechanical APDL udostępnia unikalne opcje analizy mechaniki pękania. Pozwala na tworzenie prostych geometrii jak i modeli parametrycznych. Umożliwia pracę w oparciu o obiekty typu NURBS, udostępnia operacje boolowskie z brył podstawowych. Importowane modele z programów CAD mogą zostać w nim naprawione i wstępne uproszczone (np. pocięcie do podziału bryłowego)
 


Możliwość uwzględnienia nieliniowości

ANSYS Professional
NLT NLS
Zależne od temperatury własności materiałowe
Kontakt z separacją
Kontakt z definiowanym tarciem  
Duże przemieszczenia i duże obroty dla belek i powłok
Umocnienie naprężeniowe  
Podstawowe modele hiperelastyczne (gumy i elastomery)  
Plastyczność (BISO i BKIN)  
Zmiana fazy w analizie termicznej  
Macierz radiacji - promieniowania między powierzchniami  
Kompozyty warstwowe - laminaty (powierzchniowe i bryłowe)
Własne równania wyników


 

Prezentacja wyników w ANSYS Professional jest wzbogacona o dodatkowe funkcje ponad dostępne w DesignSpace.  
Możliwe jest przedstawienie wyników na powierzchniach brył, w postaci wektorowej, na przekrojach, płaszczyznach i po ścieżkach. W Professional możliwe jest budowanie własnych wyników opisanych wyrażeniami algebraicznymi, np. określenie termomechanicznego współczynnika bezpieczeństwa.

Rezultaty mogą zostać przedstawione w postaci uśrednionej węzłach jak i nieuśrednionej po węzłach, tzw. elementarnej. Wykresy można wyeksportować do plików graficznych, w postaci raportu czy animacji.

Uzyskane wyniki wykonanych analiz mogą stanowić punkt początkowy dla kolejnych symulacji. Za pomocą funkcji restart możliwe jest uruchomienie dalszych obliczeń z dowolnego punktu symulacji.

Na pełnych zbiorach wyników również można dokonywać różnych operacji matematycznych - jak np superpozycji liniowej w celu uzyskania nowego przypadku obciążenia z kilku podstawowych.

Najbardziej wyrafinowaną funkcjonalnością ANSYS Professional jest możliwość tworzenia submodelingu. Funkcja pozwala na przeniesienie między modelami globalnym i lokalnym przemieszczeń lub sił w celu dokładniejszego zbadania lokalnego zachowania urządzenia. Ta metoda pozwala na efektywne analizy pełnych złożeń bardzo skomplikowanych układów przy zachowaniu wysokiej dokładności odwzorowania naprężeń w karbach.

Nieliniowe analizy wytrzymałościowe stanów ustalonych i przejściowych dla mechaniki i budownictwa,

 

 


 

ANSYS Structural

ANSYS Structural jest zaawansowaną aplikacją mechaniczną, umożliwiającą przeprowadzenie analiz liniowych jak i nieliniowych w pełnym dostępnym zakresie statyki jak i dynamiki.

 Licencja ANSYS Structural pozwala na wykonanie następujących typów analiz:

  • wytrzymałości (także z nieliniowymi materiałami, geometrią i kontaktem),
  • modalnej (częstotliwości drgań własnych, z uwzględnieniem wstepnego spręzenia również nieliniowego),
  • topologicznej optymalizacji kształtu,
  • liniowej analizy wyboczenia (siła wyboczająca, postać wyboczenia)
  • nieliniowej analizy wyboczenia  (siła wybaczająca przy uwzględnieniu imperfekcji oraz wszystkich nieliniowych efektów jak plastyczność, pełzanie, duże odkształcenia i kontakt aż do zawalenia)
  • analizy harmonicznej, (wyznaczenie odpowiedzi częstotliwościowej na wiele wymuszeń sinusoidalnych z uwzględnieniem tłumienia)
  • analizy spektralnej (wzbudzenia, rozruch itp)
  • analizy drgań (PSD) i analizy spektralnej z wieloma nieskorelowanymi wymuszeniami
  • nieliniowej analizy dynamicznej stanów przejściowych (algorytm QRDamp, Damp, zderzenia plastyczne, zawalenie)

Narzędzie to skupia możliwości najnowszych technik modelowania matematycznego.

  • analiz z adaptacyjną zmianą siatki elementów skończonych (rezoning)
  • elementy optymalizacji i probabilistyki konstrukcji w klasycznym GUI
  • techniki submodelingu
  • analizy substruktur i użycia superelementów (dla analiz dynamiki złożonych konstrukcji, Componenmt Mode Sinthesis, Guyan reduction)
  • analizy urządzeń wirnikowych (np. diagram Campbella, wyznaczanie prędkości krytycznych oraz orbitowania)
  • analizy nieliniowości materiałowych (gum i elastomerów, materiałów plastycznych, pełzania, spękania ceramik, mechaniki gruntu)
  • ponad 70 modeli materiałów nieliniowych i anizotropowych, w tym BKIN, Multilinear, Hill, Gurson, Druger-Prager, Vince, Mulin, Ogden, Money-Rivlin, Anad, Blaz-Ko, Concrete etc
  • daje możliwość analizy nieliniowości geometrycznych (duże deformacje, duże obroty, duże odkształcenia,  spin softening itp.)
  • techniki birth/death elementów umożliwiającej analizę pekania, utleniania itp.
  • umożliwia restart analizy do dalszych obliczeń - także restart wielokrotny z tego samego punktu (multiple frame restart) 
  • udostępnia narzędzia do analizy sprężysto plastycznej mechaniki pękania
  • pozwala na podmianę danych materiałowych podczas analizy
  • udostępnia apdl i funkcje user*

 

 


 

 

ANSYS Mechanical

W licencji możliwa jest analiza złożeń z kontaktem liniowym i nieliniowym, także z uwzględnieniem tarcia i delaminacji. Ponad to, , dzięki funkcją użytkownika, współczynniki tarcia mogą być uzależnnione od dowolnej zmiennej np. lokalnego nacisku lub temperatury.

Produkt przeznaczony jest do modelowania zarówno konstrukcji powłokowych, belkowych jak i bryłowych. Dla wszystkich typów elementów udostępnia teorię drugiego rzędu pozwalając na analizę z uaktualnianiem macierzy sztywności. Licencja pozwala na analizę złożeń układów zarówno w płaskich stanach jak i w pełni trójwymiarowych. Dostępne są narzędzia do tworzenia nowych modeli materiałów, elementów, modeli tarcia, wprowadzenia stanu początkowego odkształceń, naprężeń, uwzględnienie wpływu rozkładu temperatury na wyniki analiz mechanicznych wraz z uzależnieniem danych materiałowych od temperatury oraz kontroli błędu rozwiązania typu h i p. (nie można wyznaczać przepływu ciepła, a jedynie zadać niejednorodny stan termiczny jako warunek początkowy). Możliwe jest uwzględnienie efektów nieliniowości geometrycznych i materiałowych zarówno dla elementów powłok, belek jak i brył.  Do symulacji niezwykle dużych i złożonych konstrukcji w warunkach dynamiki przy ograniczonych możliwościach komputera możliwe jest użycie metody superelementów i dekompozycji postaci modalnych.

Licencja ta daje również bardziej zaawansowane opcje dla tworzenia siatek i modelowania na poziomie elementów skończonych. Structural pozwala wykorzystać pełną funkcjonalność obu środowisk, zarówno ANSYS Workbench jak i ANSYS GUI, dzięki temu lepiej panować nad trudnymi nieliniowymi analizami.

Warto tu wspomnieć, że tak zaawansowane możliwości ANSYS Structural dały podstawę do stworzenia specjalnego modułu przeznaczonego dla budownictwa CivilFEM. Poszerza on możliwości ANSYS Structural między innymi o bazę materiałów budowlach, gruntów jak i kształtowników, normy budowlane oraz kratery do analizy budowy mostów, budynków czy tuneli.

 

 

Jest to najwyższa jak i najbardziej zaawansowana licencja mechaniczna ANSYS. Łączy ona swoimi możliwościami wszystkie wcześniej wymienione licencje Professional NLT oraz Structural, dodatkowo uzupełniając je o analizy elektryczne, piezoelektryczność, akustykę oraz pełniejsze wsparcie pól sprzężonych. Prócz powyższego, licencja udostępnia szereg dodatkowych modułów np. dla podziału na elementy skończone MultiZone, Cartezian czy Path Independent, specjalne typy elementów do analiz mechanicznych sprzężonych z cieczą pozwalające na modelowanie płynu w zbiorniku lub w warstwie olejowej np Fluid136, materiałów porowatych z cieczą CPT212, elementy do analizy osiowosymetrycznej z wymuszeniem harmonicznym, elementy obwodów elektrycznych CIRCU, nowe elementy sprzężone rodziny 2XX, oraz dynamikę brył sztywnych i podatnych wraz z metodami redukcji stopni swobody CMS i Guyan.

 
Przykład:
 

Dzięki tak zaawansowanym możliwościom, ANSYS Mechanical jest zdolny do przeprowadzenia najbardziej wyszukanych analiz dla inżynierii mechanicznej i inżynierii powierzchni. Przykładowo umożliwa analizowanie pełnego procesu spawania, wraz z uwzględnieniem powstawiania spoiny, naprężeń spawalniczych oraz deformacji po spawaniu (przykładowo moduł CAD-FEM Virtual Welding Shop bazuje na tej licencji). Można przeprowadzić analizę aktywnego tłumienia drgań w zawieszeniu modelując pojazd i przetworniki piezoelektryczne, możliwa jest symulacja końcówek do ultradźwiękowego spawania polimerów wraz z uwzględnieniem wydzielanego podczas tarcia i odkształcenia ciepła, układów MEMS, procesu uszkodzenia termomechanicznego kadzi stalowniczych w kolejncyh cyklach pracy, rurociągów elektrowni atomowych w których istnieje możliwość wyboczenia na skutek pełzania, dynamiki głowic dysków twardych itp.

Możliwości badania wirtualnych prototypów zawarte w ANSYS Mechanical wykorzystywane są przez szereg instytucji jak i w wielu gałęziach przemysłu. ANSYS Mechanical używany jest w przemyśle samochodowym, lotniczym, energetycznym, kolejowym, stoczniowym, wojskowym, przy produkcji maszyn, w budownictwie itp.

 zawalenie ramy - nieliniowe sprężysto-plastyczne wyboczenie ramy