2024 R1 Structure (Mechanical & LS-DYNA) 技術更新

Ansys Mechanical 2024 R1 多物理場耦合分析
  • 可將beam耦合元素嵌入到solid元素內,以描述有嵌入結構的模型。
  • 新增移動熱源功能、靜電力動態結構耦合分析,讓模擬更貼近實際
  • 可讀取Fluent、CFX的結果檔,作為結構分析的邊界條件
  • 改良求解器性能,減少記憶體使用量、計算時間,讓電腦算的更大、算的更快

 

beam嵌入solid元素

將高階耦合元素LINK228嵌入到solid元素內,來描述有嵌入結構的模型。

可應用於建立軟性印刷電路板(flexible PCB)模型,計算銅走線因通電所產生的熱能分布,同時計算軟板受熱而帶來的結構變形量、應力分布情形,模擬電熱固耦合問題。


Mechanical耦合分析新增功能

增加下列耦合分析功能,讓模擬分析更貼近實際現象。

  1. 移動熱源的功能,可同時考量熱源移動、固體變形情形,計算動態熱固問題。

  2. 靜電力動態結構耦合分析,可應用於多款靜電微電機系統裝置的壓電分析、聲場分析,如 : switches、sensors、actuators等。


 2024 R1 Mechanical耦合分析功能表

Mechanical發展至今,已具備多種物理場的分析能力,更能同時考量物理場之間的影響情形。


CFD & Mechanical 流固耦合模擬

Mechanical可讀取Fluent、CFX的結果檔,包含 .dat.h5、.dat.gz、.res等格式,作為分析的邊界條件,計算固體結構變形量、受力分布。


改良記憶體使用量、縮短計算時間

Mechanical求解器降低記憶體使用量27%,使電腦可運算更龐大的模型,且計算時間還縮短16%。若求解器切換至in-core模式,可加快計算速度67%。


破壞力學模組

  1. Corner Crack:能在實體模型的任一邊角處建立裂縫,請見圖(一)及圖(二)。

  2. Through Crack:能在實體模型上建立貫穿模型的裂縫,請見圖(三)及圖(四)。

  3. SMART裂縫生長終止準則:新增多種裂縫生長終止準則(Stop Criterion),舊版只有MaxCrack Extension,請見圖(五)及圖(六)。

  4. SMART裂縫生長的重啟分析功能(Restart):新版本的SMART裂縫生長分析支援重啟分析功能(Restart),讓使用者可以接續因故中止的SMART裂縫生長分析,提升使用靈活度、減少重新分析的次數與時間,請見圖(七)及圖(八)。

圖(一) Model with two Corner Cracks 

圖(二) J-integral for left Corner Crack 

圖(三) Model with a through Crack 

圖(四) SIFS K1 for on Crack Front 1 

圖(五) New Stop Criterions 

圖(六) APDL指令對照表 

圖(七) Restart for SMART 

圖(八) Crack Model 


結構優化

  1. 提高優化演算法的準確性、收斂性以及計算效率,請見圖(九)至圖(十一)。
    ◆ Shape Optimization

    Topography
    Level-Set

  2. 新增C-MFD優化求解器,請見圖(十二)。
    現為預設求解條件 (適用Shape Optimization、Topography、Level-Set)
    能以較少的迭代計算次數獲得較好的收斂性

  3. 支援子結構模組(Substructure) ,請見圖(十三)至圖(十五)。
    新版本結構優化模組支援子結構模組
    適用於模態分析(Modal)、*1靜態結構(Static)以及*2諧波響應(Harmonic)。
    *1:測試版   *2:只適用MSUP

    可針對局部零件進行結構優化分析,提升運算效率

圖片(九) Shape Optimization 

圖片(十) Level-set based Topo. Optimization 

圖片(十一) C-MFD 

圖片(十二) Substructure for Opt. 


圖片(十三) Substructure for Opt. 2

圖片(十四) 優化範例1 

圖片(十五) 優化範例2 


複合材料模組,Ansys Composite PrepPost (ACP)

  1. 新增Winding Wizard功能
    ◆ 可設計與建立具軸對稱型式物體且使用纏繞法製成的複合材料結構,請見圖(十六)與圖(十七)。

    ◆ 直覺式的參數設計表格:Origin、Reference Radius、Axial Direction、Lower Limit、Upper Limit

  2. 擴增Ls-Dyna材料庫 
    ◆ 新版於Workbench平台中擴增了Ls-Dyna複合材料支援性
    ◆ 新增三組複合材料模型:MAT_054 (殼元素)、MAT_058 (殼元素)、MAT_059 (殼元素、實體元素)

  3.  ACP 後處理功能
    ◆ Ansys Mechanical介面現在完全支援ACP後處理功能:Composite Failure Tool、Sampling Point Tool、Envelope Solution
    ◆ ACP Post將於2025正式整併至Ansys Mechanical介面,請見圖(十八)。

 圖片(十六) Winding Wizard

圖片(十七) Axisymmetric Structure 


 

圖片(十八) ACP後處理

 

Introduction of Ansys LS-DYNA R15 Release

EM Field 電磁場

◆ 感應加熱及非線性磁性材料
  → 改善二維軸對稱求解器的收斂性
  → 增加兩種決定B-H曲線的分析方法
  → 增加B-H曲線對溫度的函數,以及對應力的函數,以計算磁滯伸縮

Radiofrequency Heating(RF Heating, 射頻加熱)
  → 利用介電常數和介電損耗來定義,可和ICFD求解器耦合使用。

左圖 : 感應加熱 (不同溫度下的非線性磁性材料)


Material Models 材料本構模型

◆ *MAT_GENERAL_HYPERELASTIC_RUBBER / *MAT_OGDEN_RUBBER
(*MAT_077):可同時擬合uniaxial / planar / biaxial data

*MAT_GLASS(*MAT_280):新增裂紋追縱演算法

左圖 *MAT_GLASS新增裂紋追縱演算法

 


RVE Concurrent Multiscale Method RVE 平行多尺度運算

→ 新keyword:*RVE_ANALYSIS_FEM
→ 利用RVE(Representative Volume Element, 代表性體積單元),宏觀模型中的材料行為是根據微觀模型所即時計算。

→ 支援固體元素

左圖: RVE平行多尺度運算


SPG(Smoothed Particle Galerkin)method

→ 新增SPG particle-to-surface接觸演算法
→ 新keyword:*DEFINE_SPG_TO_SURFACE_COUPLING


ISPG(Incompressible Smoothed Particle Galerkin)method

→ 利用nodes-cloud based adaptivity strategy來模擬涉及嚴峻接觸角和流體融合效應的回流問題
→ 非牛頓流體及溫度相關的黏度係數
→ 開發一種新的全隱式加速迭代方法
→ 針對大規模回流問題有客製化MPP演算法

左圖:模擬黏合劑的流入 / 流出


Peridynamics
→ 支援初始應變/初始位移/初始溫度場功能

→ 支援熱固耦合,可利用peridynamics方法模擬熱應力造成的脆性破壞

 Displacement Ux by initial thermal distribution

 Displacement Uy by initial thermal distribution 

Fracture by mechanical-thermal coupling 


SPH(Smoothed Particle Hydrodynamics)method

→ 新keyword:*BOUNDARY_SPH_PERIODIC,建立週期性模型


ISPH(Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics)method

→ 可求解流體與結構粒子間的熱傳問題
→ 定義以溫度為函數的黏度係數viscosity

 

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