基于ANSYS15.0在结构、流体、电磁仿真技术各方面的详细分析

ANSYS（NASDAQ: ANSS）日前宣布推出其业界领先的工程仿真解决方案-ANSYS® 15.0，其独特的新功能，为指导和优化产品设计带来了最优的方法。ANSYS15.0在结构、流体、电磁仿真技术各方面都有重要的进展。此外，该版本可满足工程多物理场仿真的工作需求。

 

 

在结构领域，ANSYS 15.0帮助用户更深入地洞察复合材料仿真。新的流体动力学求解功能使旋转机械的仿真更加精确。在电磁领域，ANSYS 15.0提供了最全面的电机设计过程。

ANSYS15.0继续加强了ANSYS前处理功能在业界的领先地位；无论是何种类型的物理场仿真，新版本都能帮助用户快速准确地为各种尺度的模型和复杂结构生成网格。此外，ANSYS 15.0还进一步巩固了公司在高性能计算（HPC）领域的全球领先地位，将已经是同类最佳性能的求解速度提升5倍。

ANSYS的首席产品官Walid Abu-Hadba指出：“ANSYS 15.0建立在我们长达40年工程仿真软件的领先基础之上。我们通过提高性能、推出新的求解器功能在所有关键物理场领域都实现了巨大改进。我们通过伴随求解器、HPC可扩展性、从微米到全系统的高效仿真建模等创新技术继续扩大我们的仿真领先优势。”

结构分析：高级材料系统设计

复合材料的使用可以减轻结构重量并提高燃料利用率。在ANSYS15.0中，ANSYS对用于复合材料产品性能评估的先进解决方案做了进一步的扩展。准确仿真复合材料需要大规模数学模型求解。为缩短整体计算时间，ANSYS 15.0在前处理中采用了子模型技术，用户只需要使用一个比较粗糙的整体模型就能够得到高精度的局部结果。

此外，ANSYS 15.0还推出了一种新型多物理场复合材料仿真方法，用来优化无线设计和热管理。用户可以在电磁仿真中定义空间相关的材料属性，并将仿真结果耦合到结构分析中。

结构套件的其它新特性还包括：

· 具有创新性的开发了全新的求解器，使计算性能大大提高。 如子空间特征值求解器可以更快的计算结构分析中的特征模态和特征频率。
· 用户只要指定螺纹属性和圆柱面，就能用接触来进行螺纹建模，而不需要复杂的几何模型。
· 可将多个有限元模型装配在一起，同时保留各个模型的设置细节。

流体动力学：旋转机械流体动力学求解方案

旋转机械开发人员面临着提高效率和可靠性的巨大压力。ANSYS 15.0针对流动、传热、应力和动力学等一系列的物理现象提供了理想的高保真解决方案。其中的一些改进包括：

· 强制响应分析，能直接导出瞬态流动仿真计算瞬时压力负载，该负载可直接施加为ANSYS Mechanical™模态分析中的负载。
· 模拟压缩机从喘振到失速的整个性能曲线时，ANSYS CFX® 的修正质量出口边界条件都可以使仿真计算更加快速与稳定。
· 内置气弹阻尼计算和监控。

Voith Hydro的Alexander Jung指出：“利用ANSYS CFX的移动网格功能，我们可以通过网格变形来实现一系列水力旋转机械的特定几何结构变形，这使我们的仿真环节更加轻松、快速。当需要评估不同设计方案时，这就为我们节约了前处理的时间，因为我们无法对每个设计方案全面重新生成网格。”

流体增强功能的更多实例包括：

· 伴随求解器能支持超过3000万个网格规模的问题。基于伴随能量方程的核心功能，监控变量可以被定义为热流和温度等多种积分，包括平均值和方差。
· 多相流VOF模型速度提升高达36%。新的自适应时间步长算法大大提高了多相流瞬态计算速度。
· 新的多层壳导热和各向异性导热模型改进了流体与复合结构材料之间热传递的模拟。

新的电机和驱动系统设计方法

ANSYS 15.0通过与其它物理场扩展集成，在业界领先的ANSYS Maxwell® 和ANSYS Simplorer® 电机和驱动系统协同设计方案的基础上，进行了进一步的改进。ANSYS先进的机电系统设计解决方案能够帮助工程师们快速评价和选择设计方案、检测故障条件、实现电机与电力电子驱动系统的集成并验证控制软件。这种端对端的解决方案能够实现电机和驱动系统的优化设计，确保电源效率和整体性能。新的功能亮点还包括：通过低频电磁场（Maxwell）工具和结构（Mechanical）仿真工具间新的耦合仿真功能，进行声学分析，从而深入了解如何最大限度地降低电动机和其它机械的噪声。

机电系统/电路仿真器Simplorer与自动嵌入式代码生成器SCADE Suite® 之间实现了仿真数据的交换，为优化控制系统软硬件之间的相互作用构建了协同设计环境，消除硬件开发和软件开发之间的障碍，从而 在设计阶段早期对机械和控制软件的集成进行仿真验证，确保系统工作的可靠性。

Regal Beloit首席工程师Dan Ionel博士指出：“ANSYS 15.0的先进电动机设计解决方案功能非常出色。磁矢量磁滞、NVH分析和嵌入式软件完美结合，为电机设计提供完善的仿真设计手段，实现高效、可靠的系统设计和优化，并且能与电子驱动和数字控制系统配合使用。”

ANSYS 15.0在电磁设计软件包中提供了更多用于高速和无线通信设计的新功能，其中包括：

· 面向硅衬底、封装和印刷电路板等多层结构的新一代Phi 网格生成技术，将3D网格的创建速度提高30倍以上，从而完全满足板级电子设计工程师的仿真需求，而过去，由于仿真时间太长，工程师们只能依靠设计规则或电磁专家来验证自己的设计。新版本在速度和易用性方面的重大改进，能够帮助工程师们在设计过程中尽早引入三维全波电磁场分析，避免成本高昂的设计风险。
· 新的设计流程定制化功能可以支持多种特定应用，如采用ANSYS HFSS™、ANSYS Q3D Extractor® 和ANSYS DesignerSI™ 进行线缆和传输线的建模仿真。

改进的前处理功能

ANSYS一直致力于提供业界领先的前处理功能，它可以自动的完成前处理方面的工作，同时，针对一些特别的应用，也保留了手动灵活控制前处理的功能。这些都得益于ANSYS完善的的网格生成技术，这些技术确保用户可以从容地完成各种复杂工程应用的前处理。ANSYS前处理技术融合在ANSYS Workbench平台中，该平台集成了各种物理场求解功能，因而，任何类型的问题都可以在在单一的环境中完成。

长期以来，妨碍仿真技术在工业界应用的一个重要因素是仿真通常需要很长的设置时间。ANSYS 15.0在前处理自动化和稳健性方面做了很多改进，能帮助客户更加高效地执行仿真计算，遵循最佳实践，从而大幅提升工程设计决策的速度。ANSYS 15.0提供的增强功能包括：

· 分部件网格并行生成引擎可大幅缩短大型装配体的网格生成时间，最佳可到原网格划分时间的27分之一。
· 高质量六面体网格的快速生成。即使存在多个体或者是多个几何扫略方向的复杂情况，ANSYS 15.0也能自动创建此类网格。
· 显著缩短网格生成时间。Fluent 15.0的网格生成技术充分运用其无可匹敌的HPC功能和可扩展性快速并行计算生成网格。例如使用8个内核生成4,200万个网格的速度要比使用单个CPU时快7倍以上。
· Navistar公司气动热流体仿真分析工程师Qin Yang指出：“由于Fluent Meshing技术的提升和工作流程的优化，整车及发动机舱流动分析的前处理工作已变得非常轻松。一天内，你可以从一个有缺陷的CAD几何模型开始，最终完成模板中的参数设置，到第二天早上，你就能得到高质量的体网格了。”

HPC扩展性

ANSYS的最新版继续保持着在HPC方面的传统领先地位，再次印证了ANSYS运用最新硬件计算技术开发先进物理场仿真工具的不变承诺。ANSYS 15.0为HPC工作任务管理和仿真远程访问提供重要的新功能，有效支持了在仿真工作日益在数据中心上开展的趋势。

ANSYS 15.0充分发挥现代高性能计算软硬件技术的功能，为在更短时间内完成大模型计算提供解决方案：

· Fluent可以对大模型（1亿以上单元）提供突破性的1.5万内核的并行扩展性能，同时也进一步提升了在使用较少内核数量时的求解器性能和并行效率。在高内核数上的CFX可扩展性也有所改善。例如工业六级轴流压缩机的计算速度已实现五倍提升。
· Maxwell通过采用高级多线程增强技术将HPC性能提升五倍。
· ANSYS HFSS中的全新多级HPC技术可让用户在计算集群或云环境中使用更多节点，通过整合设计参数、频率和多核求解器的分配来加速设计工作，实属行业首创。

现有客户可从ANSYS客户门户下载最新版本。

关于ANSYS
ANSYS通过快速、准确、可靠的工程仿真技术帮助客户掌握和理解最为复杂的设计难题。我们的技术能够让各个行业的机构准确预测产品在现实中的真实性能。客户相信我们提供的创新软件能够帮助他们确保产品的完整性并实现商业价值。ANSYS成立于1970年，目前雇员人数超过2,500人，其中大多数具有工程专业背景，例如有限元分析、计算流体动力学、电子和电磁、设计优化。ANSYS总部设在美国匹兹堡南部，在世界各地设立的战略销售部门超过70个，渠道合作伙伴网络遍及40多个国家。