» Nowy ANSYS Discovery – symulacja komputerowa dla konstruktorów

Nowy ANSYS Discovery – symulacja komputerowa dla konstruktorów

  1. Interfejs użytkownika
  2. Tryb Model
  3. Tryb Explore
  4. Tryb Refine
  5. Podsumowanie

Dzięki wykorzystaniu do obliczeń kart GPU ANSYS Discovery Simulation umożliwia prowadzenie symulacji w czasie trwania procesu projektowego. Pozwala to na natychmiastową weryfikację wprowadzonych zmian konstrukcyjnych. To wstępne podejście do symulacji pozwala zaoszczędzić czas podczas tworzenia prototypów oraz pozwala na eksplorację wielu koncepcji projektowych bez konieczności czekania na wyniki symulacji.

Interfejs użytkownika ANSYS Discovery

Interfejs użytkownika ANSYS Discovery to w zasadzie ANSYS SpaceClaim z dodatkowymi narzędziami do symulacji. Składa się z górnej wstążki, która oferuje następujące narzędzia:

  • Design – daje dostęp do wszystkich narzędzi potrzebnych do tworzenia lub modyfikowania geometrii.
  • Facets – zawiera narzędzia pozwalające na pracę z modelami stl.
  • Display – daje dostęp do narzędzi, które pozwalają na dostosowanie wyglądu modelu w oknie projektu.
  • Measure – pozwala dokonywać pomiarów i sprawdzać jakość modeli.
  • Repair oraz Prepare – narzędzia pozwalają na naprawę modeli oraz przygotowanie ich do symulacji np. przygotowanie domeny płynu.
  • Simulation – pozwala na ustawienie „fizyki”, warunków brzegowych, rozwiązanie analizy i przeglądanie wyników.

W interfejsie po lewej stronie znajdziemy kolejne opcje: W górnym narożniku mieści się drzewo, które daje kontrolę nad drzewem geometrii, a także zdefiniowaną fizyką, a w dolnym narożniku znajduje się menu kołowe, które zapewnia dostęp do zmiany schematu cieniowania modelu i zmiany standardowych widoków.

Pośrodku interfejsu znajduje się kolejny widget – Stage Navigator. Pozwala on na przełączanie się pomiędzy kolejnymi etapami symulacji: w widgecie Model tworzymy i modyfikujemy geometrię, w widgecie Explore definiujemy symulację oraz przeprowadzamy analizy w czasie rzeczywistym a w widgecie Refine definiujemy bardziej złożone analizy i uzyskujemy rozwiązanie o wyższej dokładności. Dodatkowo Stage Navigator daje informację zwrotną na temat błędów oraz statusie rozwiązania.

Natomiast po prawej stronie znajduje się widget – Solve and Results, który daje kontrolę nad uruchomieniem i wstrzymaniem rozwiązań. Dodatkowo pozwala na wyświetlanie wyników na ekranie.

ansys discovery
Rys. 1 Interfejs użytkownika w ANSYS Discovery

Tryb Model

ANSYS Discovery zbudowany jest na platformie SpaceClaim. Dlatego też w etapie modelowania znajdziemy szereg narzędzi, które znamy z oprogramowania ANSYS SpaceClaim. Mamy możliwość zamodelowania geometrii od podstaw lub zaimportowania geometrii w formacie natywnym lub standardowym. Dodatkowo znajdziemy również szereg znanych nam narzędzi służących do naprawy geometrii, tj. split edges lub extra edges i przygotowania geometrii do symulacji, np. utworzenie domeny płynu. Widget Model Stage służy również do zmiany wymiarów geometrii, dodawania wzmocnień lub odchudzenia geometrii, co pozwala uzyskać w szybki sposób wiele koncepcji projektowych, które posłużą za każdym razem do symulacji w czasie rzeczywistym bez konieczności czekania na wyniki symulacji.

Tryb Explore – symulacja w czasie rzeczywistym

Ansys Discovery w trybie Explore umożliwia przeprowadzanie analiz mechanicznych (analiza statyczna lub modalna), analiz termicznych i analiz przepływowych. W oprogramowaniu dostępna jest biblioteka materiałów ANSYS Granta, która odznacza się niebywałą łatwością użytkowania przy niezwykle bogatej i stale rozwijanej bazie materiałów. Dodatkowo bibliotekę można dowolnie rozbudowywać o własne materiały. W analizie mechanicznej mamy możliwość wprowadzenia następujących obciążeń: siły, ciśnienia, momentu, punktu masowego, przemieszczenia, przyśpieszenia, prędkości oraz bearing load. W analizie możemy wprowadzić również podpory: fixed, sliding, hinged, ball oraz displaced. W pakiecie Explore jest możliwość wprowadzenia kontaktów bonded i sliding (no separation) oraz wiązań kinematycznych Fixed. Po wprowadzeniu warunków brzegowych i kliknięciu opcji Solve uzyskujemy w szybki sposób wyniki naprężenia, przemieszczenia, odkształcenia oraz reakcje w podporach i w kontaktach.

Rys. 2 Warunki brzegowe w Explore Stage
ansys discovery
Rys. 3 Wynik naprężeń w analizie wahacza

W ANSYS Discovery możliwe jest przeprowadzanie analiz termicznych oraz analiz termo-mechanicznych. Warunki termiczne jakie można przypisać to temperatura, konwekcja, strumień ciepła i gęstość strumienia ciepła.

Warto również zauważyć, że Discovery, obejmuje optymalizację topologiczną dla analiz mechanicznych, która pozwala na optymalizację pod kątem sztywności, redukcji masy lub częstotliwości własnej (w celu maksymalizacji częstotliwości lub częstotliwości docelowej). System umożliwia zdefiniowanie odległości chronionej na warunkach brzegowych oraz na dowolnych ściankach określonych przez użytkownika. Gdy system osiągnie wyznaczony cel, na podstawie uzyskanego wyniku mamy możliwość stworzenia siatki stl, a następnie geometrii bryłowej za pomocą narzędzia Auto Skin.

Rys 4a Proces optymalizacji topologicznej – podstawowa geometria w ANSYS Discovery
ansys STL
Rys. 4c Proces optymalizacji topologicznej – uzyskana siatka stl
ansys discovery
Rys. 4b Proces optymalizacji topologicznej – uzyskany wynik geometrii po optymalizacji topologicznej
optymalizacja topologiczna ANSYS
Rys. 4d Proces optymalizacji topologicznej – uzyskana geometria bryłowa

W przypadku analiz przepływowych do wyboru mamy analizę przepływu wewnętrznego oraz opływu interesującego nas obiektu. Warunki brzegowe z jakich mamy możliwość skorzystać, poza standardowym wlotem lub wylotem z zadanym wydatkiem masowym, prędkością lub ciśnieniem, są również warunki termiczne takie jak stały strumień ciepła lub jego gęstość, temperatura czy warunek konwekcyjny oraz uwzględnienie wyporności (konwekcja naturalna). Wynikiem natomiast mogą być siły czy ciśnienia działające na daną powierzchnię lub temperatury mierzone jako średnia czy maksymalna lub minimalna wartość. Pełne sprzężenie analizy termiki ciała stałego oraz przepływowej możliwe jest dopiero w pakiecie Refine.

ansys discovery
Rys. 5 Symulacja opływu budynku z uwzględnieniem sił działających na dach i budynek

Koleją możliwością w module Explore jest parametryzacja geometrii i wartości obciążeń. Analiza parametryzacji oparta jest na symulacji „What if”, gdzie użytkownik manualnie tworzy kolejne punkty projektowe, które system następnie automatycznie rozwiązuje w kilkanaście sekund. Definiując parametry fizyczne i geometryczne można zatem w pełni zautomatyzować proces symulacji i eksploracji wielu koncepcji projektowych.

ansys discovery
Rys. 6 Analiza parametryczna typu „What if”

Tryb Refine – ANSYS Discovery level up!

W przypadku potrzeby uszczegółowienia analizy i jej dalszej walidacji, można przejść do trybu Refine, gdzie przy użyciu bardziej tradycyjnego solvera – ANSYS Mechanical lub ANSYS Fluent oraz możliwości przypisania dodatkowych warunków brzegowych uzyskamy dokładniejsze wyniki dla rozpatrywanej konstrukcji.

Ansys Discovery umożliwia przeprowadzanie analizy mechaniczne (analiza statyczna lub modalna), analizy termiczne oraz termomechaniczne i analizy przepływowe oraz sprzężone termiczno-przepływowe. W trybie Refine pracujemy na metodzie elementów skończonych (mechanika) i metodzie objętości skończonych (przepływy), dlatego też istotnym elementem tego pakietu jest generacja siatki. W tym środowisku tworzymy siatki wykorzystując znane z pakietu ANSYS Meshing opcje globalne np. Curvature, Proximity, lub opcje lokalne np. Face Sizing, Edge Sizing.

ansys discovery
Rys. 7 Siatka elementów skończonych w pakiecie Refine

Po przejściu do opcji Refine rozważamy wcześniej przygotowaną symulację, gdzie dodatkowo możemy ją uszczegółowić o dodatkowe warunki brzegowe, tj. napięcie wstępne śrub oraz kontakty tj. frictionless, frictional i jointy tj. Hinged, Spherical.

Podsumowanie

Ansys Discovery to kolejny krok firmy ANSYS do rozpowszechnienia symulacji komputerowej wśród inżynierów. Przełomowa szybkość obliczeń i prostota w użyciu oprogramowania to potencjał, aby usprawnić schemat pracy w każdej firmie, która projektuje i rozwija swoje produkty. Discovery Live pozwala odpowiedzieć na krytyczne pytania projektowe na wczesnym etapie procesu projektowania, oszczędzając czas i wysiłek podczas tworzenia prototypów. Dodatkowo oprogramowanie pozwala użytkownikom w elastyczny sposób eksperymentować z podstawowymi wymiarami geometrii, materiałem i warunkami użytkowania, aby móc szybko zidentyfikować optymalne rozwiązanie problemu inżynierskiego. Dzięki nowemu programowi ANSYS Discovery otrzymujesz zatem nie tylko szybką symulację, ale znacznie głębsze zrozumienie produktu.

Autorzy:

Marek Zaremba, MESco sp. z o.o.

Adrian Bartoszewicz, MESco sp. z o.o.