Презентация на тему Семинар 1_Магистры

Проект ANSYS Workbench

Семинар № 1

ANSYS Workbench

В среду ANSYS Workbench входит несколько различных систем анализа:
Mechanical - используется для выполнения структурного и теплового анализа с использованием решателя ANSYS. Наложения сетки на область расчета также включено в Mechanical.
Fluid Flow (CFX) - приложение для выполнения анализа с использованием CFD CFX
Fluid Flow (FLUENT) - приложение для выполнения анализа с использованием CFD FLUENT
DesignModeler (геометрия) - предназначен для создания и редактирования CAD геометрии и подготовки твердотельной модели для использования в дальнейших расчетах.
Engineering Data - предназначен для определения свойств материала.
Meshing Application - используется для генерации области расчета CFD и генерирования сетки.
Design Exploration - предназначен для проведения проектных исследований и оптимизации анализов.

Проект Workbench

При создании нового проекта Workbench автоматически генерирует шаблон в виде блок-схемы с указанием основных этапов его выполнения:

1. Создание геометрии;
2. Создание сетки;
3. Определение физики задачи;
4. Выполнение расчета;
5. Обработка результатов.

Можно проследить инженерный замысел взаимосвязи между данными и состояние проекта расчета.

Схема проекта ANSYS Workbench

Системы анализа

Содержит активные для данной задачи
системы анализа

Добавление системы анализа из списка систем ANSYS Workbench в рабочую область

Нажать ЛКМ на интересующей системе анализа в разделе Analysis Systems в Toolbox, т.е. Fluid Flow (CFX), и перетащить в область Project Schematic.

Структура блока Fluid Flow

А2. Создание геометрической
модели

А3. Создание КЭ
сетки

А4. Создание физики
задачи

А5. Выполнение
расчета

А6. Представление
результатов

Название
блока

А2. Блок, в котором создается, корректируется или в который импортируется геометрия расчетной области.

А3. Блок, в котором создается, корректируется или в который импортируется конечно-элементная (сеточная) модель расчетной области.

А4. Блок задания физики моделируемого процесса, а также настроек решателя и сохранения результатов (препроцессор)

А5. Блок решателя CFX-Solver, который итерационно решает поставленную задачу. В решателе происходит контроль хода решения.

А6. Блок обработки результатов решения задачи (постпроцессинг).

Междисциплинарные расчеты

Построение сложнейших сопряженных расчетов, включающие в себя разные области физики, осуществляется при помощи операции drag-and-drop (перенеси и отпусти). Нужно взять последующий расчет, перетащить его и отпустить на исходном расчете, при этом автоматически сформируются необходимые связи для передачи данных.
Пример: односторонний расчет взаимодействия текучей среды и конструкции (расчет жидкостно-конструкционного взаимодействия).

Определение состояния ячейки по значку

Добавление расчетной CAD модели

Добавление расчетной CAD модели возможно:
По «щелчку» правой кнопки мыши
Из встроенного приложения «DesignModeler»;
Импортированием из внешних программных продуктов.

*.dwg *.prt *.sldprt *.igs

Окно приложения «DesignModeler»

Порядок разбиения КЭМ (создание сеточной модели)

Добавление сеточной модели возможно:
По «щелчку» правой кнопки мыши. Добавить ранее построенную модель из внешних приложений типа ANSYS ICEM.
Из встроенного приложения «Meshing»:
Определить тип анализа (прочностной, тепловой, гидравлический). Тип анализа будет установлен автоматически, если сетка генерируется в какой-либо физической системе, например CFX, Fluent и т.д.
Установить метод создания сетки и задать установки конечно-элементной сетки (плотность, форма элементов, размеры).
Предварительно просмотреть сетку и, при необходимости, скорректировать установки.
Сгенерировать сетку.
Проверить качество сетки и при необходимости повторить два последних действия.

Структура окна Meshing

Общие настройки генерации сеток Параметр Relevance

Общие настройки генерации сеток Параметры Size; Span Angle Center (точность разбивки криволинейных граней)

Fine

Coarse

Параметр улучшения качества сетки на поверхностях с кривизной, определяющий величину центрального угла:
грубая сетка (Coarse) – от 91° до 60°; средняя (Medium) – от 75° до 24°; точная (Fine) – от 36° до 12°.

Меню Mesh Control. Контроль формы элементов (точность разбивки криволинейных граней)

Tetrahedrons

Hex

Локальное изменение сетки

После

До

Задание средней длины сторон элементов или количества разбиений для локальных геометрических объектов

Примеры использования опции Sizing

Команда Refinement. Последовательность действия для применения опции

1 – выбор опции в выпадающем меню;
2 – в дереве проекта отобразится Refinement (знак вопроса означает, что операция не завершена);
3 – нажать на кнопку выделения поверхности, выбрать поверхность на модели;
4 – подтвердить выбор в таблице Geometry;
5 – задать значение параметра (= 1 – ребра элемента разделятся, плотность сетки удвоится);
6 – сгенерировать сетку.

После

До

После

До

Генерация поверхностной регулярной сетки. Команда Mapped Face Meshing

Для внутренней цилиндрической поверхности произвели генерацию регулярной сетки по разметке, что позволило создать более однородную сетку, и обеспечит большую точность решения.

Сетка на повторяющихся поверхностях. Match Control

Создание сечений КЭМ. Section Plane

Кнопка создания
новой плоскости

Кнопка удаления
плоскости

Кнопка отображения
Целых элементов

Проверка качества сетки. Выявление «плохих» элементов

Вкладка
Statistics / Mech Metric

Проверка качества сетки. Критерии качества

Determinant (деформация элемента)
• Для большинства решателей должен быть > 0.1
• Следует добиваться > 0.2

Angle (минимальный внутренний угол элемента)
• Следует добиваться 18° < α < 160°

Aspect ratio (показывает как вытянут контрольный объем)
• Следует добиваться < 10 000

Warpage (перекос)
• Следует добиваться <45

Expansion Factor (соотношение большего и меньшего элементов)
• Следует добиваться 1<µ<2.5

Много других критериев…

Определение высоты первого слоя ячеек

Вычисление высоты первого слоя ячеек

y+ - безразмерное число, характеризующее пристеночный шаг сетки. Зависит от числа Re

круглой трубы:

μ

ρ

μ

ρ

Задача

Определить высоту первого слоя элементов расчетной сетки для моделирования канала прямоугольного сечения.

Исходные данные:

геометрия канала – 40х20 мм
расход среды – 10 л/мин
плотность – 900 кг/м3
вязкость – 0.005 Па∙с

Решение:

Участок трубопровода