[Ansys] ANSYS 13.0 新功能介绍

ANSYS Workbench参数化设计实例

ANSYS DesignXplorer自动自适应细分（上）和精度评估（下）

链接到ANSYS Workbench项目上的Microsoft Excel电子表格

嵌入式大涡模拟计算的充分发展管流


非物理振荡（左）能用BCD格式模拟（右）

使用SAS模拟的F-1 赛车轮胎后的尾迹区域

·网格替换和重划分

这个新功能可以用更好的网格质量提高计算精度。

• 关键帧的网格替换技术允许在一系列预先划分好的网格上求解。在每个替换步，当前的求解结果插值到新的网格上。要替换的网格必须是相同的拓扑域，网格在替换时可以光顺。可以用动网格事件来定义网格替换的时间和文件名。ANSYS FLUENT中的关键帧网格替换技术是瞬态动网格求解时的内嵌选项。

• ANSYS 13.0 中新增的直角笛卡尔网格重划分功能可以增加精度。直角笛卡尔网格重划分功能在重划分整个区域时不考虑相邻区域的一致性连接关系。允许不借助前处理，能方便的从四面体网格替换到直角笛卡尔网格。

内燃机模拟中的网格替换

内燃机模拟中的直角笛卡尔网格重划分

·多相流

ANSYS 13.0 增加了一些多相流模型，能满足用户更多的需求，并提供了更大的可信度和精度。

• 新的欧拉成核沸腾模型，允许模拟壁面的过冷沸腾，包括非平衡过冷沸腾和过热蒸发。
• 增加了可压缩的离散格式，这种格式对瞬态分析更快速，结果和标准的VOF格式类似。
• 对拉格朗日多相流，DDPM模型中增加了堆积极限选项，避免出现超过极限的堆积。这个选项可以模拟悬浮、流化床，也可以模拟多尺度颗粒系统。
• ANSYS FLUENT 软件中的喷雾破碎模型中增加了Kelvin–Helmholt-Rayleigh–Taylor (KHRT)破碎模型。 这是一种高韦伯数下模拟一次破碎和二次破碎的高级模型。
• 新的耦合多级方法是可替代VOF方法模拟界面的技术。它在计算梯度和曲率有改进，并且能更好的预测界面张力。

核燃料棒周围的蒸汽体积分数

DDPM中用堆积极限模拟的沙子堆积

几种破碎模型和实验值的比较

·固体运动和固体温度

ANSYS 13.0 增加了几种提高可信度和精度的方法。

• 在 ANSYS FLUENT 中，参考坐标系和动网格方法是相互独立的，可以同时设置。这样，可以在一个运动坐标系（MRF）中设置另一个MRF。这样的例子包括转动的风扇同时带有振动；转弯的汽车同时带有轮子转动。

• 在 ANSYS CFX 中，多孔介质CHT域可以分别模拟流体和固体的温度。用户在设置流体和固体间的换热系数时，同时设置界面面密度。能量可以在固体域和流体域间导热。

用MRF技术模拟的 F-1 赛车周围流场

催化转换器中的流体域温度（左）和固体域温度（右）

·优化设计

参数化研究能帮助公司设计出更好的产品，或对产品性能有更深入的理解。在ANSYS FLUENT求解器中，集成了流体动力学的自动形状优化，使用梯度信息、网格变形技术和优化算法。例如，指定一个管道出口的流速达到最均匀，管道形状就可以自动确定出来。原始的设计采用直边，出口流动不均匀，ANSYS FLUENT 自动形状优化技术可以给出曲线的形状，以得到更均匀的出口速度分布。

自动形状优化

沿梁模型长度方向显示剪切-弯矩图

·非线性仿真的重启动

ANSYS Workbench平台为复杂的非线性仿真计算提供易于使用的解决方案。ANSYS 13.0引入了非线性分析中的重启动功能。

例如，因为收敛问题或用户需要检查中间结果，求解器停止，整个求解过程不再需要从头到尾再重新计算。

重启动分析和重启动控制可以在静态结构分析和瞬态结构分析中设置，该功能可在诸如时间步长改变等多种条件下进行。分析任务可以在本地、RSM和分布式求解过程中中断和重启动。

重启动点的设置

·循环对称性分析

汽轮机行业的许多公司都要求周期对称性分析功能。 多年来，ANSYS已经可以只用计算模型的一个扇区来完成整个循环对称模型的计算。ANSYS 13.0进一步扩展了Mechanical中的这个功能。

单个扇区旋转扩展为360度的结果

·非线性模拟

ANSYS 13.0可以计算在任何一个线性或非线性载荷步下的预应力模态分析。在以前的版本中，模态分析只能计算线性状态（特征向量和频率）。

13.0版本的基础技术被称为线性摄动技术，该技术已经在核心求解器中开发出来，ANSYS Workbench的用户可以使用。该技术与以前计算非线性预应力模态分析（PSOLVE和其他APDL命令为基础）方法有本质的不同。

预应力模态分析和非线性分析的设置，除选择时间步长外，基本上是一样的。

多分析点的预应力模态分析

·紧密流固耦合（FSI）

为了精确地模拟液体和固体之间的相互作用，有两种不同的方法，即仿真过程中紧密耦合和直接交流数据。液体和气体最好使用欧拉法处理，结构用拉格朗日法处理。两部分之间的相互作用称为欧拉-拉格朗日耦合，或流体结构交互作用（FSI）。耦合方法用于处理同一个问题的结构、流体两部分的相互作用。

对于可以使用ANSYS显式动力学求解器的用户而言，FSI计算现在只需点击一下鼠标。用户指定问题的流体部分为欧拉，虚拟欧拉域自动创建。对于使用ANSYS Workbench环境的ANSYS结构用户而言，模型定义与隐式分析十分相似，容易学习和使用。

容器中的液体晃动

·变分技术（VI）

变分技术（VT）是一种使计算模拟更快捷的创新方法， 在ANSYS 13.0中扩展到循环对称问题的模态计算和扫频分析。

这类问题的典型加速比为5到10，如果计算更多步的频域分析或更多对称面的循环对称分析，加速比会更高。

变分技术还可以用于瞬态热分析和参数化设计，这些功能在早期版本中已经引入。

VT谐响应分析计算速度更快

·3-D网格重划分

该独特功能主要用于ANSYS非线性材料的结构力学分析，这些材料表现出极度的形状变形，如塑料、橡胶和泡沫。

当遇到非常大的变形时，扭曲的低质量网格可能会阻止在整个载荷范围内得到计算结果。在这种情况下，仿真分析需要暂停，重新划分网格，将接触状态、材料属性、载荷和边界条件等求解参数重新映射到新网格上，然后再重启动计算。使分析结果达到精度要求。

3-D网格重划分

·刚体动力学 3D广义接触

ANSYS 13.0的刚体动力学支持3-D广义接触分析。接触检测自动执行，如同其他任何结构分析一样，求解器确保正确检测接触状态。

提供快速有效的方法来确定机构力和相对运动，而混合刚柔方法对确定机械装置中某一零件的应力变化是必要的，该方法对疲劳寿命估计非常有用。

ANSYS Workbench平台提供无与伦比的易用性来设立刚柔模型。用户只需简单地指定哪些零件是柔性体，哪些是刚性体。ANSYS刚体动力学模块用于计算机械装置中各结构之间的相互作用。在许多机械装置中，部件运动很多都是由接触驱动的，如凸轮驱动机构。

运动学功能目前可在大部分ANSYS结构力学求解器中实现。

凸轮杆刚体动力学分析(上) 汽车悬挂系统柔体动力学分析(下)

·设计评价体系

ANSYS 13.0新开发了一个设计评估分析系统，与ANSYS结构力学产品配合，可以基于ANSYS程序或用户自己的程序，进行荷载组合和客户化定制后处理（如规范校核）。

设计评价系统使用定制脚本实现上游计算结果的选择和组合，以及后续的结果评价。它允许用户使用相关属性（可能是几何属性，但不是必须的），进行项目分析定制。定制结果可以由一个脚本产生，保存在设计评估体系中，能够完全集成有限元分析后处理。脚本语言支持Python。脚本的位置，附加的属性和结果可通过XML文件定义，该文件可以轻松地在任何文本编辑器中创建，然后通过系统设置的右键菜单选择添加。

用户可以将13.0版本此功能添加到静态或瞬态结构分析中。ANSYS BEAMCHECK和ANSYS FATJACK产品可以支持预定义脚本接口。

ANSYS BEAMCHECK评估（上）和铰接点可视化检查实例（下）

利用HFSS应用瞬态性能：电磁干扰研究（左）和雷击（右）

风涡轮的雷达截面

Ansoft Designer，连接HSPICE和HFSS

点云的涡轮叶片温度插值

混合动力汽车结构电机定子的电磁耦合分析

高功率连接器的电磁热耦合分析