作為一個大型的CAE分析軟件，ANSYS自上個世紀(jì)七十年代誕生以來，隨著計算機和有限元理論的發(fā)展，在各個領(lǐng)域得到了高度的評價和廣泛的應(yīng)用。伴隨著版本的更新，分析能力和各項操作功能都得到了更好的完善和發(fā)展。ANSYS12.0不僅在計算速度上進行了改進，同時增強了軟件的幾何處理、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。這些改進代表了仿真驅(qū)動產(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作為一個框架，整合現(xiàn)有的應(yīng)用，將仿真過程結(jié)合在一起，這一點在ANSYS Workbench2.0 沒有改變。但在工程頁引入了工程圖解的概念，見圖1。通過該項功能，一個復(fù)雜的包含多場分析的物理問題，通過系統(tǒng)間的連接實現(xiàn)相關(guān)性。圖表元素右邊的狀態(tài)符號顯示了該項設(shè)置是否需要更新、輸入等，方便用戶查看設(shè)置狀態(tài)。

　　圖1 ANSYS Workbench 工程頁

　　圖2 Workbench 核心應(yīng)用程序界面

　　此外，ANSYS Workbench2.0 平臺還可以作為一個應(yīng)用開發(fā)框架，提供項目全腳本、報告、用戶界面(UI)工具包和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口，該功能將隨后發(fā)布。在ANSYS 12.0 版本(下文簡稱R12.0)中，工程數(shù)據(jù)和DesignXplorer將不再是獨立的應(yīng)用程序，通過UI工具箱它們被重新設(shè)計整合在ANSYS Workbench工程頁下。盡管工程頁做了較大調(diào)整，但Workbench的核心應(yīng)用程序及操作界面并無大的改變，見圖2。在這個創(chuàng)新的框架下，工程師可以完成一個完整的仿真分析，包括CAD集成、幾何修改和網(wǎng)格劃分。工程頁的概念圖解幫助指導(dǎo)用戶完成復(fù)雜的分析，說明和明確數(shù)據(jù)關(guān)系，捕捉自動化的過程。Workbench2.0 平臺的改進代表了工程仿真又前進了一步。

　　幾何&網(wǎng)格劃分

　　ANSYS在其深厚的知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，融合了豐富的幾何和網(wǎng)格劃分技術(shù)，整合后的幾何和網(wǎng)格劃分解決方案，使在不同的分析應(yīng)用中可以共享幾何和網(wǎng)格信息。R12.0 對幾何接口進行了增強，通過幾何接口用戶可以從CAD系統(tǒng)中輸入更多的信息，包括新的數(shù)據(jù)類型如：用于模擬梁的線體;附加屬性如顏色、坐標(biāo)系及在CAD系統(tǒng)中改進的命名選擇等。前處理大模型時，R12.0 支持64位操作系統(tǒng)，可以對幾何進行智能有選擇更新。

　　另外，R12.0增強了Workbench環(huán)境下創(chuàng)建幾何的功能，提供了更多的自動化功能和更強的適應(yīng)性，增加了合并、連接和映射等功能用于曲面建模。新增工具可以自動探測處理常見問題，如小邊、碎面、孔洞、裂痕以及尖角面。新版本對幾何模型的修改和處理速度更快。圖3顯示了清除前后的飛機模型。

　　圖3 采用幾何清除工具前后的飛機模型

　　R12.0提供的自動網(wǎng)格劃分解決方案在流體動力學(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可以在用戶最少的輸入下自動生成CFD合適的四面體網(wǎng)格。另外，它融合了高級尺寸函數(shù)(與GAMBIT相似)、棱柱及四面體網(wǎng)格(來自TGRID)及其他網(wǎng)格劃分技術(shù)，改進了網(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力學(xué)的應(yīng)用而改進的，但是它們?nèi)匀豢梢杂糜谄渌抡娣治鰬?yīng)用。如結(jié)構(gòu)分析的用戶可以應(yīng)用這些功能，得到自動化和高質(zhì)量的網(wǎng)格。新增多區(qū)域網(wǎng)格劃分方法使用戶在不進行幾何分割的情況下，可以對復(fù)雜的幾何模型劃分純六面體網(wǎng)格，圖4為對制動器轉(zhuǎn)子執(zhí)行一次操作所得到的六面體網(wǎng)格。

　　圖4 制動器轉(zhuǎn)子六面體網(wǎng)格

　　多物理場

　　R12.0擴展了多場求解功能。新增功能及增強功能可以處理直接耦合和順序耦合的多物理場問題，ANSYS Workbench下的多場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)整合在一個統(tǒng)一的仿真環(huán)境中，為多場求解提供了更有效的工作流程。R12.0擴展分布式稀疏求解器功能，支持共享和分布式計算環(huán)境下的非對稱和復(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)行時間，如：包含Pelbier和Seebeck效應(yīng)的耦合場分析，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分析，相關(guān)的直接耦合場單元(SOLID226和SOLID227)在R12.0 中支持熱電耦合。此外，還有一個熱電耦合分析系統(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中運動剛體與流體之間的相互作用。

　　ANSYS12.0流固耦合的另外一個新功能就是可以通過求解非線性雷諾壓膜方程來解決FSI涉及到薄液膜的非線性瞬態(tài)應(yīng)用。12.0版本提供了另外一個FSI功能：該功能采用ANSYS FLUENT 軟件作為CFD求解器來進行單向流固耦合計算，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)動工程設(shè)計過程功能得到了很大的改進。許多新增功能及工具整合到ANSYS Workbench平臺中，以縮短整體求解時間。另外，在單元、材料、接觸、求解性能、線性動力學(xué)、剛體動力學(xué)及柔體動力學(xué)上也集中進行了改進。

　　圖6 渦輪機葉片裂紋分析(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)點四面體單元。它縮短了從幾何到求解的分析時間，同時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越重要，R12.0增強了高級接觸屬性，開發(fā)了包含許多附加接觸模擬特征，包括新增接觸算法、自動去除過約束、接觸對修整等功能，在求解接觸問題時得到了極大的改進，縮短了求解時間，加快了求解速度。

　　R12.0改善了求解器性能，新增一個新的模態(tài)求解器，稱為SNODE，用于求解大模型(超過100萬自由度)的大數(shù)量振型(幾百階振型)。并行求解器DANSYS的功能也進行了改進，支持低頻電磁分析、高頻電磁分析、PSTRESS、PSOLVE及循環(huán)對稱分析，可以有效的解決電磁問題、轉(zhuǎn)子動力學(xué)問題及循環(huán)對稱和應(yīng)力強化問題，節(jié)約求解時間，圖7為所用并行數(shù)目對求解時間的影響。

　　圖7 DANSYS 求解效率對此

　　R12.0的ANSYS Structural、Mechanical及Multiphysics在剛體動力學(xué)及柔體動力學(xué)功能上做了改進，可以快速處理機構(gòu)問題。另外，對數(shù)據(jù)及過程的眾多改進增加了ANSYS剛體動力學(xué)仿真的易用性。

　　流體動力學(xué)

　　ANSYS12.0將流體產(chǎn)品完全整合進入ANSYS Workbench環(huán)境，以在該環(huán)境下進行仿真工作流程的管理。用戶可以采用ANSYS CFX或ANSYS Fluent軟件來創(chuàng)建、連接、重復(fù)使用系統(tǒng)來完成自動參數(shù)化分析，然后進行多物理場無縫管理仿真。

　　圖8 內(nèi)燃機腔內(nèi)流體仿真結(jié)果

　　ANSYS一直堅持不懈的致力于改進求解器速度，以使所有用戶從中受益。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來提高穩(wěn)定性(耦合壓力基求解器)，極大的增強了求解器性能。另外，程序的易用性在很多方面得到了提高。ANSYS Fluent采用單視框用戶圖形界面，以便和Workbench中的其他分析應(yīng)用保持一致，同時改進了TUI日志的魯棒性，擴展了Case Check的推薦功能，在用戶界面發(fā)展史上又前進了一步。ANSYS CFX軟件界面風(fēng)格上的主要改進在于增加了圖形用戶界面(GUI)。R12.0的一個新功能允許用戶定制界面外觀，包括創(chuàng)建附加輸入面板。用戶定制面板通過GUI布局和必要的輸入進行用戶控制，將常用操作及基本過程封裝一起。

　　仿真過程及數(shù)據(jù)管理

　　在今天全球化環(huán)境中，仿真和設(shè)計不斷整合，使有效的合作和交流成為產(chǎn)品開發(fā)必不可少的一部分。ANSYS工程知識管理(EKM)解決方案旨在解決仿真和CAE界的仿真過程和數(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)果等工程專業(yè)技術(shù)。ANSYS EKM共有三個版本：ANSYS EKM Desktop、ANSYS EKM Workgroup和ANSYS EKM Enterprise。這三個版本分別面向個人用戶、工作組及企業(yè)級用戶。ANSYS EKM Desktop是ANSYS EKM產(chǎn)品中單用戶、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，通過提供數(shù)據(jù)搜索、修補和報告特性，解決已有仿真任務(wù)的重復(fù)使用，滿足單個用戶的數(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開發(fā)團隊的組合，ANSYS將Ansoft電子設(shè)計分析(EDA)產(chǎn)品融入ANSYS框架，ANSYS用戶將很快在R12.0中從改進和擴展的Electromagnetic功能中獲益。R12.0中的Emag軟件包含了一個新的用于低頻電磁仿真3D實體單元家族(SOLID236和SOLID237)，可用于模擬靜磁、時諧分析和瞬態(tài)電磁場分析。用戶可以在大多數(shù)的低頻電磁應(yīng)用中采用這些新單元，如電機、螺線管等電磁設(shè)備。

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

　　顯式動力學(xué)

　　ANSYS在R12.0顯式動力學(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)對于無使用經(jīng)驗者也易于使用。另外，增強ANSYS LS-DYNA和ANSYS AUTODYN 產(chǎn)品功能，為用戶提供更大的便利。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 界面第一個本地顯式軟件。 該技術(shù)可用于滿足固體、流體、氣體及它們之間相互作用的非線性動力學(xué)仿真，對已有Workbench環(huán)境使用經(jīng)驗的用戶，該軟件有更好的適用性。

　　圖10 ANSYS STR應(yīng)用實例

　　R12.0的新增功能和增強功能還有很多，本文未作一一闡述。相信R12.0的問世，將極大地推動CAE的發(fā)展進步，為用戶帶來更多的驚喜和便利。