作為一個(gè)大型的CAE分析軟件，ANSYS自上個(gè)世紀(jì)七十年代誕生以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和有限元理論的發(fā)展，在各個(gè)領(lǐng)域得到了高度的評(píng)價(jià)和廣泛的應(yīng)用。伴隨著版本的更新，分析能力和各項(xiàng)操作功能都得到了更好的完善和發(fā)展。ANSYS12.0不僅在計(jì)算速度上進(jìn)行了改進(jìn)，同時(shí)增強(qiáng)了軟件的幾何處理、網(wǎng)格劃分和后處理等能力。另外，它還將創(chuàng)新的、耳目一新的仿真技術(shù)引入各主要物理學(xué)科。這些改進(jìn)代表了仿真驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品的發(fā)展道路又向前邁出了一步。那么ANSYS 12.0到底有哪些新增功能呢？讓我們一睹為快。

ANSYS Workbench 2.0

ANSYS Workbench作為一個(gè)框架，整合現(xiàn)有的應(yīng)用，將仿真過(guò)程結(jié)合在一起，這一點(diǎn)在ANSYS Workbench2.0 沒(méi)有改變。但在工程頁(yè)引入了工程圖解的概念，見(jiàn)圖1。通過(guò)該項(xiàng)功能，一個(gè)復(fù)雜的包含多場(chǎng)分析的物理問(wèn)題，通過(guò)系統(tǒng)間的連接實(shí)現(xiàn)相關(guān)性。圖表元素右邊的狀態(tài)符號(hào)顯示了該項(xiàng)設(shè)置是否需要更新、輸入等，方便用戶(hù)查看設(shè)置狀態(tài)。

圖1 ANSYS Workbench 工程頁(yè)

圖2 Workbench 核心應(yīng)用程序界面

圖3 采用幾何清除工具前后的飛機(jī)模型

R12.0提供的自動(dòng)網(wǎng)格劃分解決方案在流體動(dòng)力學(xué)中取得了很好的結(jié)果。應(yīng)用GAMBIT和TGrid的網(wǎng)格附加功能，R12.0可以在用戶(hù)最少的輸入下自動(dòng)生成CFD合適的四面體網(wǎng)格。另外，它融合了高級(jí)尺寸函數(shù)（與GAMBIT相似）、棱柱及四面體網(wǎng)格（來(lái)自TGRID）及其他網(wǎng)格劃分技術(shù)，改進(jìn)了網(wǎng)格平滑度、網(wǎng)格質(zhì)量、劃分速度、曲率近似功能捕捉、邊界分層捕捉等功能。盡管許多功能是出于流體動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用而改進(jìn)的，但是它們?nèi)匀豢梢杂糜谄渌抡娣治鰬?yīng)用。如結(jié)構(gòu)分析的用戶(hù)可以應(yīng)用這些功能，得到自動(dòng)化和高質(zhì)量的網(wǎng)格。新增多區(qū)域網(wǎng)格劃分方法使用戶(hù)在不進(jìn)行幾何分割的情況下，可以對(duì)復(fù)雜的幾何模型劃分純六面體網(wǎng)格，圖4為對(duì)制動(dòng)器轉(zhuǎn)子執(zhí)行一次操作所得到的六面體網(wǎng)格。

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圖4 制動(dòng)器轉(zhuǎn)子六面體網(wǎng)格

多物理場(chǎng)

R12.0擴(kuò)展了多場(chǎng)求解功能。新增功能及增強(qiáng)功能可以處理直接耦合和順序耦合的多物理場(chǎng)問(wèn)題，ANSYS Workbench下的多場(chǎng)仿真速度比以前更快。ANSYS求解器技術(shù)的整合在12.0版本往前邁出了很大一步，它將求解器技術(shù)整合在一個(gè)統(tǒng)一的仿真環(huán)境中，為多場(chǎng)求解提供了更有效的工作流程。R12.0擴(kuò)展分布式稀疏求解器功能，支持共享和分布式計(jì)算環(huán)境下的非對(duì)稱(chēng)和復(fù)雜矩陣。這種新的求解技術(shù)極大的縮短了某些直接耦合解決方案的執(zhí)行時(shí)間，如：包含Pelbier和Seebeck效應(yīng)的耦合場(chǎng)分析，及熱電耦合分析等。此外，R12.0可以應(yīng)用直接耦合單元模擬多孔介質(zhì)的滲流。

ANSYS Workbench框架支持直接耦合場(chǎng)分析，相關(guān)的直接耦合場(chǎng)單元（SOLID226和SOLID227）在R12.0 中支持熱電耦合。此外，還有一個(gè)熱電耦合分析系統(tǒng)支持溫度相關(guān)材料的焦耳傳熱分析和高級(jí)熱電效應(yīng)，如Peltier和Seebeck效應(yīng)。該新技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域包括集成電路、電子軌道、排線(xiàn)和熱電制冷裝置的焦耳熱分析。

圖5 Workbench熱電分析（WEG電子裝備授權(quán)）

流固耦合功能中提出了一種新的immersed solid FSI算法。這是一種基于網(wǎng)格重疊的技術(shù)，流體和固體區(qū)域各自擁有一套網(wǎng)格，該算法可以幫助工程師模擬流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)剛體與流體之間的相互作用。

ANSYS12.0流固耦合的另外一個(gè)新功能就是可以通過(guò)求解非線(xiàn)性雷諾壓膜方程來(lái)解決FSI涉及到薄液膜的非線(xiàn)性瞬態(tài)應(yīng)用。12.0版本提供了另外一個(gè)FSI功能：該功能采用ANSYS FLUENT 軟件作為CFD求解器來(lái)進(jìn)行單向流固耦合計(jì)算，基于ANSYS CFX-Post，可以使表面溫度和表面力在ANSYS FLUENT 和ANSYS Mechanical 產(chǎn)品之間進(jìn)行單向載荷傳遞。
結(jié)構(gòu)力學(xué)

R12.0版本在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的驅(qū)動(dòng)工程設(shè)計(jì)過(guò)程功能得到了很大的改進(jìn)。許多新增功能及工具整合到ANSYS Workbench平臺(tái)中，以縮短整體求解時(shí)間。另外，在單元、材料、接觸、求解性能、線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)、剛體動(dòng)力學(xué)及柔體動(dòng)力學(xué)上也集中進(jìn)行了改進(jìn)。

圖6 渦輪機(jī)葉片裂紋分析（經(jīng)PADT許可）

R12.0中最引人注目的新單元是用于超彈性或成型應(yīng)用中模擬復(fù)雜幾何的4節(jié)點(diǎn)四面體單元。它縮短了從幾何到求解的分析時(shí)間，同時(shí)保證了求解的精確度。材料方面，R12.0在原有眾多選擇的基礎(chǔ)上引入了幾個(gè)新材料，如Gurson 材料，可用于模擬聚合體及聚合體復(fù)合材料等。

裝配體分析在仿真中越來(lái)越重要，R12.0增強(qiáng)了高級(jí)接觸屬性，開(kāi)發(fā)了包含許多附加接觸模擬特征，包括新增接觸算法、自動(dòng)去除過(guò)約束、接觸對(duì)修整等功能，在求解接觸問(wèn)題時(shí)得到了極大的改進(jìn)，縮短了求解時(shí)間，加快了求解速度。

R12.0改善了求解器性能，新增一個(gè)新的模態(tài)求解器，稱(chēng)為SNODE，用于求解大模型（超過(guò)100萬(wàn)自由度）的大數(shù)量振型（幾百階振型）。并行求解器DANSYS的功能也進(jìn)行了改進(jìn)，支持低頻電磁分析、高頻電磁分析、PSTRESS、PSOLVE及循環(huán)對(duì)稱(chēng)分析，可以有效的解決電磁問(wèn)題、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題及循環(huán)對(duì)稱(chēng)和應(yīng)力強(qiáng)化問(wèn)題，節(jié)約求解時(shí)間，圖7為所用并行數(shù)目對(duì)求解時(shí)間的影響。

圖7 DANSYS 求解效率對(duì)此

R12.0的ANSYS Structural、Mechanical及Multiphysics在剛體動(dòng)力學(xué)及柔體動(dòng)力學(xué)功能上做了改進(jìn)，可以快速處理機(jī)構(gòu)問(wèn)題。另外，對(duì)數(shù)據(jù)及過(guò)程的眾多改進(jìn)增加了ANSYS剛體動(dòng)力學(xué)仿真的易用性。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

流體動(dòng)力學(xué)

ANSYS12.0將流體產(chǎn)品完全整合進(jìn)入ANSYS Workbench環(huán)境，以在該環(huán)境下進(jìn)行仿真工作流程的管理。用戶(hù)可以采用ANSYS CFX或ANSYS Fluent軟件來(lái)創(chuàng)建、連接、重復(fù)使用系統(tǒng)來(lái)完成自動(dòng)參數(shù)化分析，然后進(jìn)行多物理場(chǎng)無(wú)縫管理仿真。

圖8 內(nèi)燃機(jī)腔內(nèi)流體仿真結(jié)果

ANSYS一直堅(jiān)持不懈的致力于改進(jìn)求解器速度，以使所有用戶(hù)從中受益。囊括工業(yè)應(yīng)用的一系列案例顯示，ANSYS CFX和ANSYS Fluent求解器速度已經(jīng)提高了百分之十到百分之二十，甚至更多。ANSYS Fluent通過(guò)顯式松弛增加了密度基隱式求解器的穩(wěn)健性，采用遞推映射方法選項(xiàng)來(lái)提高穩(wěn)定性（耦合壓力基求解器），極大的增強(qiáng)了求解器性能。另外，程序的易用性在很多方面得到了提高。ANSYS Fluent采用單視框用戶(hù)圖形界面，以便和Workbench中的其他分析應(yīng)用保持一致，同時(shí)改進(jìn)了TUI日志的魯棒性，擴(kuò)展了Case Check的推薦功能，在用戶(hù)界面發(fā)展史上又前進(jìn)了一步。ANSYS CFX軟件界面風(fēng)格上的主要改進(jìn)在于增加了圖形用戶(hù)界面（GUI）。R12.0的一個(gè)新功能允許用戶(hù)定制界面外觀，包括創(chuàng)建附加輸入面板。用戶(hù)定制面板通過(guò)GUI布局和必要的輸入進(jìn)行用戶(hù)控制，將常用操作及基本過(guò)程封裝一起。

仿真過(guò)程及數(shù)據(jù)管理

在今天全球化環(huán)境中，仿真和設(shè)計(jì)不斷整合，使有效的合作和交流成為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)必不可少的一部分。ANSYS工程知識(shí)管理（EKM）解決方案旨在解決仿真和CAE界的仿真過(guò)程和數(shù)據(jù)管理（SPDM）難題。ANSYS EKM內(nèi)容包括如何更好的管理、共享、重復(fù)使用仿真數(shù)據(jù)以及如何更好的捕捉和重復(fù)使用仿真結(jié)果等工程專(zhuān)業(yè)技術(shù)。ANSYS EKM共有三個(gè)版本：ANSYS EKM Desktop、ANSYS EKM Workgroup和ANSYS EKM Enterprise。這三個(gè)版本分別面向個(gè)人用戶(hù)、工作組及企業(yè)級(jí)用戶(hù)。ANSYS EKM Desktop是ANSYS EKM產(chǎn)品中單用戶(hù)、局部環(huán)境版本，作為ANSYS 12.0的一部分，已經(jīng)集成于ANSYS Workbench環(huán)境，通過(guò)提供數(shù)據(jù)搜索、修補(bǔ)和報(bào)告特性，解決已有仿真任務(wù)的重復(fù)使用，滿(mǎn)足單個(gè)用戶(hù)的數(shù)據(jù)管理需求，提高生產(chǎn)力和效率。

應(yīng)用

ANSYS Emag—由于Ansoft和ANSYS開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)的組合，ANSYS將Ansoft電子設(shè)計(jì)分析（EDA）產(chǎn)品融入ANSYS框架，ANSYS用戶(hù)將很快在R12.0中從改進(jìn)和擴(kuò)展的Electromagnetic功能中獲益。R12.0中的Emag軟件包含了一個(gè)新的用于低頻電磁仿真3D實(shí)體單元家族（SOLID236和SOLID237），可用于模擬靜磁、時(shí)諧分析和瞬態(tài)電磁場(chǎng)分析。用戶(hù)可以在大多數(shù)的低頻電磁應(yīng)用中采用這些新單元，如電機(jī)、螺線(xiàn)管等電磁設(shè)備。

圖9 ANSYS Workbench環(huán)境下采用SOLID236和SOLID237和新的絞線(xiàn)選項(xiàng)求解的非線(xiàn)性瞬態(tài)分析

顯式動(dòng)力學(xué)

ANSYS在R12.0顯式動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域傾注了大量的精力，包括附加新產(chǎn)品，使該技術(shù)對(duì)于無(wú)使用經(jīng)驗(yàn)者也易于使用。另外，增強(qiáng)ANSYS LS-DYNA和ANSYS AUTODYN 產(chǎn)品功能，為用戶(hù)提供更大的便利。R12.0 新增ANSYS Explicit STR軟件，它基于ANSYS AUTODYN產(chǎn)品的拉氏算子部分，是ANSYS Workbench 界面第一個(gè)本地顯式軟件。該技術(shù)可用于滿(mǎn)足固體、流體、氣體及它們之間相互作用的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)仿真，對(duì)已有Workbench環(huán)境使用經(jīng)驗(yàn)的用戶(hù)，該軟件有更好的適用性。

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圖10 ANSYS STR應(yīng)用實(shí)例

R12.0的新增功能和增強(qiáng)功能還有很多，本文未作一一闡述。相信R12.0的問(wèn)世，將極大地推動(dòng)CAE的發(fā)展進(jìn)步，為用戶(hù)帶來(lái)更多的驚喜和便利。