Открываем новые возможности ANSYS Discovery 2020 R1

Артем Аведьян,
к.т.н., заместитель генерального директора, АО «КАДФЕМ Си-Ай-Эс»

Этой статьей мы начинаем серию публикаций, посвященных ANSYS Discovery — новому на рынке САПР решению, нацеленному на повышение эффективности работы инженеров-конструкторов, решающих задачи с применением интегрированных инструментов CAD и CAE.

История

История ANSYS Discovery началась 7 сентября 2017 года, когда корпорация ANSYS, Inc. анонсировала новый продукт и разместила его ознакомительную версию в сети Интернет для свободного скачивания. После этого в январе 2018 года был выпущен первый официальный релиз ANSYS Discovery. Вначале некоторые специалисты в области CAE восприняли этот продукт скептически, так как он показался им «примитивным» и «неточным», а CAD-сообщество его практически не заметило. И вот теперь, два года спустя, пришло время рассказать о том, как развивался ANSYS Discovery, как завоевывал свое «место под солнцем», что сейчас представляет собой этот продукт и какие новые функциональные возможности предлагает ANSYS в выпущенном 28 января 2020 года релизе Discovery 2020 R1.

Зачем нужен ANSYS Discovery

Чтобы объяснить назначение продукта, ответим на ряд вопросов. Что такое ANSYS Discovery? Кому и для чего он нужен? Сразу следует отметить, что ANSYS Discovery — это не известный всем «большой» ANSYS, не традиционная CAD-система и даже не их гибрид. Также важно понимать, что целевая аудитория, на которую изначально рассчитан Discovery, — это специалисты конструкторских бюро, а не расчетных подразделений. Концепция продукта Discovery подразумевает, что пользователи не должны задумываться о построении расчетной сетки — это происходит автоматически и незаметно для пользователя, который на 100% сосредоточен на решении своей инженерной задачи. Основное назначение ANSYS Discovery — это быстрый поиск рациональных вариантов конструкции среди множества альтернативных конструктивно-компоновочных решений с учетом свойств материалов и сред, законов физики и геометрических ограничений, автоматически вычисляемых на графическом процессоре в реальном времени, с динамической визуализацией результатов на 3D-модели.

Функциональные возможности

ANSYS Discovery представлен тремя основными продуктами: Discovery SpaceClaim (3D-моделирование с прямым редактированием геометрии), Discovery Live (экспресс-оценка инженерных концепций с вычислениями на GPU в реальном времени) и Discovery AIM (многодисциплинарные задачи и оптимизация), которые дополняются специализированными приложениями. Для удобства лицензирования продукты сгруппированы в три пакета: Essentials (включает Discovery SpaceClaim), Standard (включает Discovery SpaceClaim и Discovery Live) и Ultimate (включает Discovery SpaceClaim, Discovery Live, Discovery AIM и шаблоны обмена данными). Также на базе функционала ANSYS Discovery Live построен продукт PTC Creo Simulation Live — совместная разработка ANSYS, Inc. и PTC, Inc. Структура и взаимосвязи пакетов и приложений ANSYS Discovery показаны на рис. 1. Рассмотрим функциональные возможности перечисленных решений более подробно.

Рис. 1. Структура и взаимосвязи пакетов и приложений ANSYS Discovery

ANSYS Discovery SpaceClaim представляет собой универсальную CAD-систему, которая включает следующие функции: возможности 3D-моделирования с прямым редактированием геометрии; интерфейсы импорта и экспорта геометрических данных в различных форматах; инструменты реверс-инжиниринга и автоматического преобразования стереолитографических (STL) моделей в поверхности и твердые тела; анализ и восстановление «грязной» или поврежденной геометрии; построение разверток изделий из листового материала; создание деталей и сборок, параметрических 2D-эскизов и чертежных видов на основе проекций и сечений 3D-модели; автоматизация рутинных процедур и управление геометрическими моделями с использованием скриптов Python и многое другое.

Discovery SpaceClaim базируется на функционале системы 3D-моделирования SpaceClaim, вошедшей в 2014 году в портфолио решений корпорации ANSYS после поглощения компании SpaceClaim Corp. Продукт выпускается на русском языке. Пример пользовательского интерфейса Discovery SpaceClaim показан на рис. 2.

Рис. 2. Русскоязычный интерфейс ANSYS Discovery SpaceClaim

Большой набор геометрических интерфейсов (более 30 форматов импорта/экспорта — табл. 1), развитые инструменты восстановления и редактирования 2D- и 3D-моделей, широкие возможности работы с твердотельной, поверхностной и сеточной геометрией, векторными и растровыми изображениями позволяют использовать Discovery SpaceClaim не только как инструмент подготовки геометрии к расчетам, но и в качестве универсального транслятора данных между различными CAD/CAE/PLM-системами с исправлением ошибок геометрии. Базовый функционал импорта/экспорта Discovery SpaceClaim может быть дополнен модулем STL Prep for 3D Printing, который позволяет выполнять подготовку геометрических моделей и их оптимизацию для последующей 3D-печати по технологии аддитивного производства, приложениями KeyShot HD/Pro — для создания фотореалистичных изображений и анимаций на основе 3D-модели, а также модулем Algoryx Momentum — для анализа динамики твердых тел.

Таблица 1. Интерфейсы импорта/экспорта данных ANSYS Discovery SpaceClaim

ANSYS Discovery Live предоставляет пользователю интерактивную среду для эффективной мультидисциплинарной экспресс-оценки инженерных концепций и конструктивно-компоновочных решений. Discovery Live является собственной разработкой корпорации ANSYS. Он базируется на архитектуре параллельных вычислений NVIDIA CUDA (Compute Unified Device Architecture) и реализует принципиально новые подходы к автоматизации процессов пре- и постпроцессинга и расчетов (на основе бессеточных методов) в едином окне геометрического 3D-редактора SpaceClaim. Продукт выпускается на русском языке. Примеры моделей с визуализацией результатов расчетов показаны на рис. 3-5.

Рис. 3. Расчет системы воздушного охлаждения электронного блока в ANSYS Discovery Live

Рис. 4. Визуализация результатов расчета на GPU циркуляции жидкости в ANSYS Discovery Live

Рис. 5. Анализ внутреннего течения в ANSYS Discovery Live

Discovery Live использует профессиональные графические процессоры NVIDIA для решения инженерных задач и визуализации результатов в режиме реального времени. Discovery Live позволяет проектировщикам интерактивно работать с физическими параметрами, варьируя исходные данные (свойства материалов, поля температур, давлений, скоростей и др.), анализировать различные конструктивные решения и проверять гипотезы по принципу «что, если…», проводить топологическую оптимизацию конструкции с учетом режимов нагружения и проектных ограничений, не будучи экспертами в области численных методов и математического моделирования.

ANSYS Discovery AIM содержит специализированные расчетные средства, построенные на базе платформы ANSYS Workbench, обеспечивая более детальное и точное выполнение междисциплинарных расчетов (прочность, термодинамика, гидрогазодинамика, электромагнетизм, оптимизация и др.) на решателях «большого» ANSYS с использованием настраиваемых шаблонов рабочих процессов и скриптов.

Discovery AIM позволяет решать следующие задачи: статические прочностные расчеты с учетом физической и геометрической нелинейности, контактов и шарниров; определение собственных частот и форм колебаний; расчеты гидрогазодинамики и сопряженного теплообмена, определение силового и теплового воздействия потока газа или жидкости на конструкцию; стационарные тепловые расчеты в условиях конвективного, кондуктивного (посредством теплопроводности) и лучистого теплообмена; магнитостатические и электростатические задачи, определение параметров магнитного поля, плотности тока, джоулевых потерь, индуктивности, магнитных сил и моментов; моделирование экструзии полимеров, предсказание формы экструдата и проектирование оптимальной формы головки экструдера; оценка усталостной долговечности и срока службы конструкции.

Производительность Discovery AIM может быть повышена за счет подключения опционального модуля CPU Core Extension, который увеличивает количество используемых ядер процессора при распределенных вычислениях. А подключение приложений Geometry Interface Bundle расширяет набор геометрических интерфейсов для импорта/экспорта 3D CAD-моделей (табл. 2).

Таблица 2. Интерфейсы импорта/экспорта данных ANSYS Discovery Ultimate Geometry Interface Bundle

Между ANSYS Discovery AIM и ANSYS Discovery Live есть двунаправленный интерфейс обмена данными, построенный на основе шаблона Connect to Discovery Live и обеспечивающий передачу геометрической модели, материалов и граничных условий. Для углубленного анализа подготовленную в Discovery AIM модель можно экспортировать в ANSYS Mechanical и ANSYS Fluent с помощью специальных приложений-шаблонов Connect to Mechanical и Connect to Fluent соответственно.

PTC Creo Simulation Live — совместный продукт компаний ANSYS и PTC, разработка которого ведется с 2019 года в рамках достигнутого соглашения о стратегическом партнерстве двух корпораций. Creo Simulation Live является OEM-решением на платформе ANSYS Discovery Live и аналогичным образом решает задачу экспресс-оценки инженерных концепций. Creo Simulation Live позволяет проводить в реальном времени прочностной и тепловой анализ, а также искать собственные частоты и формы колебаний непосредственно в среде системы 3D-моделирования PTC Creo. Так же как и Discovery Standard, пакет Creo Simulation Live выполняет вычисления и визуализирует результаты на графических процессорах NVIDIA в режиме реального времени. Интеграция решений ANSYS и PTC предоставляет пользователям преимущества обеих технологий: мощность компьютерного моделирования CAE на параметрической 3D-модели в среде полнофункциональной CAD-системы. В скором времени ожидается выпуск новых продуктов из серии Creo Simulation на базе технологии ANSYS с расширенными расчетными возможностями, о чем мы расскажем более подробно в следующих публикациях.

Новые возможности ANSYS Discovery 2020 R1

Рассмотрев базовые возможности основных пакетов и приложений ANSYS Discovery, перейдем к описанию нового функционала, который появился в версии 2020 R1.

В Discovery SpaceClaim 2020 R1 добавлены следующие возможности:

• усовершенствован инструмент группового выбора скруглений — теперь он позволяет выделять скругления с радиусами из заданного диапазона значений, в том числе скругления с равным или меньшим радиусом;
• улучшен инструмент автоматического преобразования фасеточных (STL) моделей в поверхностные;
• добавлены новые решетчатые структуры: Неовиус и Лидиноид (рис. 6) — бесконечные трехпериодические минимальные поверхности-лабиринты. Эти геометрические элементы могут использоваться при разработке моделей теплообменников, а также для формирования технологических поддержек в моделях для аддитивного производства;
• добавлены два новых типа линейных тел: труба и теплоноситель;
• усовершенствованы интерфейсы импорта/экспорта геометрии — добавлена поддержка версий Creo 6.0, Autodesk Inventor 2020, NX 1847, возможность экспорта моделей в формат PMDB (*.pmdb) и экспорта сеток в форматы ANSYS (*.inp), CGNS (*.cgns), LS-DYNA (*.k);
• новый элемент эскиза «Изгиб», возможность построения эскизов с привязками, множество улучшений, связанных с надежностью и удобством работы с эскизами в режиме привязок;
• улучшены интерактивные инструменты построения сеток, в том числе построение сеток в рамках рабочего процесса для задач гидрогазодинамики;
• добавлена возможность применения скриптов для инструментов Скрыть поверхности, Толщина поверхности и Выбор границ.

Рис. 6. Новые геометрические элементы Discovery SpaceClaim 2020 R1 — решетчатые структуры Неовиус и Лидиноид

В Discovery Live 2020 R1 добавлены следующие возможности:

• расчет тонкостенной геометрии — значительно улучшено решение для моделирования тонкостенной геометрии. Новый метод дискретизации более эффективно использует видеопамять и позволяет моделировать более тонкие геометрические области и применять GPU с меньшим объемом видеопамяти;
• нововведения в инструментах обработки результатов — повышена производительность процесса рендеринга изображения. Добавлена опция, позволяющая скрыть отображение результатов на фрагментах модели. Улучшены механизмы обработки результатов, что позволяет получить более точные значения интегральных характеристик;
• стационарные расчеты — теперь поддерживается быстрое моделирование на основе стационарных расчетов. Данный функционал особенно полезен для тепловых задач смешения и в параметрических расчетах;
• топологическая оптимизация — добавлен функционал для комбинированного статического прочностного и модального расчета. Добавлены технологические ограничения для максимальной толщины и направления двустороннего вытягивания. Добавлена новая целевая функция для минимизации массы в условиях ограничений по жесткости и частотам. Теперь поддерживаются параметрические исследования.

В Discovery AIM 2020 R1 добавлены следующие возможности:

• поддержка дополнительных упругих моделей, в том числе моделей ортотропной упругости и модели Неогуковской гиперупругости, используемой для моделирования резин и полимеров, подвергаемых большим деформациям;
• моделирование тросов и кабелей — поддерживаются соответствующие типы конечных элементов, а также доступны инструменты визуализации поперечных сечений тросов и кабелей при отрисовке сетки и результатов;
• сетки оболочечных элементов теперь отображаются с учетом толщины элементов как при отрисовке сетки, так и при отображении результатов;
• проверка недозакрепленности тел перед началом расчета — если найдены тела, не имеющие контактов, граничных условий и других соединений, то система сообщает об ошибке, связанной с телами, требующими закрепления;
• топологическая оптимизация поддерживает указание направления выемки — эта опция позволяет обеспечить целостность модели через задание направления, по которому оптимизируемый продукт будет выниматься из формы;
• автоматическая генерация сетки на основе шестигранников — если модель содержит тела, к которым может быть применен метод Sweep (кроме оболочек), то сетка на них автоматически генерируется на основе шестигранных элементов, при этом к телу добавляется контроль размера элемента с учетом заданного значения параметра точности. Если генерация сетки на основе шестигранников не удается для какого-либо тела с указанным контролем размера, то сетка будет построена из тетраэдров;
• генерация сетки для оболочек — улучшения сетки оболочечных элементов внедрены как на уровне сетки, так и на уровне физики. Если выбранная физика — механика, тепло- или электропроводимость, то можно включить настройку Модель содержит тонкие детали, чтобы дополнительно измельчить сетку на оболочках или тонких твердотельных элементах. Когда эта опция включена, генерация сетки осуществляется с контролем размера на базе кривизны поверхности. Если используется автоматическая генерация сетки с учетом физики, то система автоматически определяет присутствие оболочечных тел в геометрии и строит на них сетку с контролем размера по кривизне;
• поддержка метрик качества сетки — в задачу физики добавлены возможности диагностики сетки, которые позволяют построить метрики качества как для всей модели, так и для отдельной детали или тела;
• в шаблон Connect to Discovery Live добавлена возможность передачи дополнительных данных: граничные условия, зависящие от времени в табличной форме; стационарные задачи гидрогазодинамики.

Варианты лицензирования и цены

Корпорация ANSYS предлагает для линейки Discovery два варианта лицензирования: годовую подписку и бессрочную лицензию.

Подписка стоит дешевле, и на нее действует прогрессивная система скидок, размер которых зависит от количества единовременно приобретаемых пакетов. Например, при покупке трех пакетов скидка составит 30%, а при покупке десяти пакетов — 40% от прайс-листа. В стоимость подписки включены услуги технической поддержки и обновления версий в течение одного года. Но подписку необходимо ежегодно продлевать, и для использования данного типа лицензии требуется подключение компьютера к сети Интернет, чтобы Discovery мог обращаться к серверу лицензий (не реже одного раза в три дня).

Бессрочная лицензия не имеет ограничений по срокам применения, не требует подключения компьютера к сети Интернет и не нуждается в ежегодном обновлении. Ее можно использовать бесконечно долго в рамках того релиза, который был актуален на дату выпуска лицензионных кодов. Но стоимость бессрочной лицензии выше стоимости подписки, а техническую поддержку с обновлением версий необходимо приобретать дополнительно. Учитывая, что ANSYS выпускает до трех новых релизов в год, необходимо взвешенно подходить к выбору подходящей вам модели лицензирования.

Для крупных организаций и холдинговых структур мы предлагаем специальные программы корпоративного лицензирования, предполагающие поставку неограниченного количества лицензий ANSYS Discovery по фиксированной цене. Для стартапов и образовательных учреждений на продукты ANSYS Discovery действуют специальные цены, которые предоставляются по индивидуальному запросу.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели возможности новой версии ANSYS Discovery — первого на рынке САПР коммерческого продукта, предназначенного для быстрой и эффективной мультидисциплинарной экспресс-оценки инженерных концепций в единой 3D CAD/CAE-среде. Продукт разработан компанией ANSYS, Inc., специализирующейся на решениях для всеобъемлющего численного моделирования (рис. 7). Наивысший уровень интеграции CAD и CAE в этом инновационном продукте позволяет решать задачи проектирования более качественно и продуктивно по сравнению с большинством других CAD-систем и их подключаемых CAE-модулей.

Рис. 7. ANSYS Discovery 2020 R1 в действии

ANSYS Discovery отлично зарекомендовал себя как за рубежом, так и в России. Мы уверены, что этому полезному и современному инструменту найдется применение и у вас. Для тестирования уже сейчас доступна полнофункциональная 30-дневная ознакомительная лицензия ANSYS Discovery 2020 R1, которую можно получить в «КАДФЕМ». Кроме того, мы ждем вас на Форуме ANSYS 2020 R1, который пройдет в Москве, Санкт-Петербурге, Ростове-на-Дону, Самаре, Екатеринбурге и Новосибирске в апреле этого года. Там же можно будет задать все интересующие вас вопросы экспертам компании.