1 1.Познакомиться с прикладным программным обеспечением (пакет инженерного анализа ANSYS) Рассмотреть классы задач, решаемых в ANSYS Познакомиться с интерфейсом пользователя Рассмотреть основные этапы решения задачи. 2.Запустить решение задачи на кластере.

СУПЕРКОМПЬЮТЕРНЫЙ ЦЕНТР Южно-Уральского государственного университета Введение в инженерный пакет ANSYS

Многоцелевой конечно-элементный пакет для проведения анализа в широкой области инженерных дисциплин: -прочность -теплофизика -динамика жидкостей и газов -электромагнетизм Разработчик: ANSYS, Inc., США ( 3 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 ANSYS

Первая реализация программы касалась только решения задач теплопередачи и прочности в линейной постановке, работала в пакетном режиме. В начале 70-х годов 20-го века в систему были добавлены нелинейности различной природы, появилась возможность использовать метод подконструкций, была расширена библиотека конечных элементов. В конце 70-х гг. существенным дополнением к системе ANSYS явился интерактивный режим работы. Это упростило процедуры создания КЭ модели и оценку результатов. Стало возможным использовать интерактивную графику для проверки геометрии модели, заданных свойств материала и граничных условий перед началом счета. Графическая информация могла быть сразу же выведена на экран для интерактивного контроля результатов решения. 4 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Историческая справка

5 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Пре и постпроцессорыМодули для расчетов Advanced MeshingMultiphysics CFX PrepPostMechanical ANSYS PrepPostStructural Professional Design Space Emag CFX ED (Educational) LS-DYNA Структура пакета ANSYS

6 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Преимущества ANSYS Работает в среде операционных систем самых распространенных компьютеров - от РС до рабочих станций, высокопроизводительных кластеров и суперкомпьютеров (IBM RS/ bit, Fujitsu PrimePower, HP Alphaserver, HP PA bit, HP Itanium2 IA-64, Intel IA-32 LINUX, Intel IA-64 LINUX, AMD AMD64, SGI 64-bit, Sun UltraSPARC 64-bit, Intel EM64T, Intel IA-32 Windows, Intel IA-64 Windows); Файловая совместимость всех членов семейства ANSYS для всех используемых платформ; Многоцелевая направленность программы позволяет использовать одну и ту же модель для решения таких связанных задач, как прочность при тепловых нагрузках, влияние магнитных полей на прочность конструкции, тепломассоперенос в электромагнитном поле; Поддержка многопроцессорного режима; Возможность импорта моделей, созданных средствами CAD. (Solidworks, Inventor/MDT, Pro/ENGINEER, SolidEdge, CATIA)

Конструкционные (модули Multiphysics, LS-DYNA, Mechanical, Structural, Professional, DesignSpace): статический и динамический анализ конструкций с учетом нелинейного поведения материалов, включая ползучесть, большие пластические деформации, значительный изгиб, сверхэластичность, накопление остаточной деформации при циклическом нагружении, изменяющиеся условия контакта определение собственных мод и резонансных спектров вынужденных колебаний, а также смещений и напряжений по известным вибрационным спектрам 7 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Решаемые задачи

Конструкционные (продолжение): динамический анализ переходных процессов и точный динамический анализ, моделирующий большие деформации в тех случаях, когда значимыми становятся силы инерции - ударное нагружение, дробление, быстрая формовка и т.п. контактные задачи (поверхность-поверхность, узел- поверхность, узел-узел, стержень-стержень) задачи потери устойчивости конструкций 8 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Решаемые задачи

Термические (модули Multiphysics, Mechanical, Professional, DesignSpace, CFX): стационарные и нестационарные задачи теплофизики с учетом теплопроводности, конвекции, излучения и фазовых превращений 9 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Решаемые задачи

Гидрогазодинамические (модули Multiphysics, CFX): стационарные и нестационарные задачи гидро- газодинамики ламинарные и турбулентные течения сжимаемой и несжимаемой жидкости с учетом вязкости задачи с учетом принудительной и естественной конвекции, теплообмен сопряженный и излучением, многофазный массоперенос ньютоновские и неньютоновские жидкости задачи обтекания тел произвольной формы, дозвуковой и сверхзвуковой режимы многофазные течения разновидности химических реакций и горения 10 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Решаемые задачи

Электростатические, электромагнитные (модули Multiphysics, Emag): статический и низкочастотный электромагнитный анализ устройств, работающих с источниками постоянного тока, токами низкой частоты, низкочастотными переходными сигналами высокочастотный электромагнитный анализ устройств, генерирующих электромагнитные волны определение электрических полей, возбуждаемых зарядом или разностью потенциалов 11 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Решаемые задачи

Междисциплинарные задачи определение термических напряжений (термический и конструкционный) пьезоэлектрические эффекты (электрический и конструкционный) акустика (аэродинамический и конструкционный) индукционный нагрев (магнитный и термический) электронагревательные системы (электрический и термический анализ) электродвигатели (электростатический и конструкционный анализ) 12 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Решаемые задачи

13 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Примеры

14 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Примеры Конечно-элементное моделирование удара шара для боулинга по многослойной композитной дорожке

15 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Примеры Свободные колебания пластинчатой муфты с участками валопровода

16 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Примеры Расчет напряженно-деформированного состояния шатуна автомобильного двигателя

17 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Примеры Электромагнитный анализ двигателя постоянного тока (вкладка: твердотельная модель), демонстрирующая полную плотность магнитного потока

18 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Примеры Пример модели построителя цепи

19 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Примеры Увеличение температуры головного мозга человека под воздействием электромагнитных волн, излучаемых антенной мобильного телефона

20 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Используемые типы элементов Материалы Контактные взаимодействия

21 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Используемые типы элементов Гибкие нити Балки Трубки Массивные двумерные и трехмерные тела Оболочки Контактные Связные поля Специальные свойства (пружина, масса, «управляемый» элемент, …)

22 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Модели материалов Линейные упругие Неупругие Независящие от скорости деформирования Зависящие от скорости деформирования Пластичность неметаллов Сплавы с памятью формы Чугун Гиперупругие Вязкопластичные и вязкоупругие Ползучесть и радиационное распухание Пьезоэлектрические свойства Плотность, коэффициент температурного расширения, …

23 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Алгоритмы контактных взаимодействий Типы контакта Элементы "поверхность-поверхность" Элементы "узел-поверхность" Элементы "узел-узел" Контакт деформируемых тел Контакт деформируемого тела с жестким телом Свойства контакта Трение Температурные перепады Электрические и магнитные задачи Точечная сварка

24 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Методы решения Итерационные Сопряженных градиентов с предобуславливанием (PCG) Сопряженных градиентов по Якоби (JCG) Сопряженных градиентов с неполным разложением Холецкого (ICCG) Прямые Разреженный (Sparse) Фронтальный Многопроцессорные версии Распараллеленный PCG Распараллеленный JCG Распараллеленный многосеточный (AMG) Декомпозиции (DDS) Решение задач на собственные значения Блочный метод Ланцоша Итерирование подпространства Метод редуцирования QR-разложение для задач с демпфированием

25 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Основные этапы решения

26 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Этапы решения задачи Подготовка Препроцессинг Расчет Постпроцессинг

27 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Этапы решения задачи Препроцессинг Расчет Постпроцессинг Подготовительный этап 1.Выбор типа анализа: статический, вибрационный? 2.Выбор контактной модели: деталь или сборка? 3.Выбор типа элементов: оболочечные или твердотельные? Подготовка

28 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Этапы решения задачи Препроцессинг Расчет Постпроцессинг Препроцессинг 1.Построение/импорт геометрической модели. 2.Построение конечно-элементной модели: - задание типов конечных элементов; - задание свойств материалов; - генерация сетки; 3.Приложение нагрузок и закрепление конструкции. 4.Задание типа анализа (статический, динамический, гармонический, модальный, спектральный, расчет устойчивости). 5.Задание расчетных параметров. Подготовка

29 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Этапы решения задачи Подготовка Препроцессинг Расчет Постпроцессинг

30 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Этапы решения задачи Препроцессинг Расчет Постпроцессинг 1.Просмотр результатов. 2.Проверка достоверности решения. Подготовка

31 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Файлы

32 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Схема файлов ANSYS Препроцессинг Расчет Постпроцессинг JobName.log (JobName.db) JobName.db … Log - файлJobname.LOG Файл ошибокJobname.ERR Файл outputJobname.OUT Файл базы данных Jobname.DB Файл результатов: механический анализ Jobname.RST термический анализ Jobname.RTH анализ магнитных полей Jobname.RMG FLOTRANJobname.RFL Файл пошаговой нагрузки Jobname.Sn Графический файл Jobname.GRPH Файл матриц элементовJobname.EMAT

33 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Полезные ссылки

34 © СКЦ ЮУрГУ, 2009 Полезные ссылки

© СКЦ ЮУрГУ,