Multifyzikální numerické simulace v prostředí ANSYS AIM 17.2

Tags: AIM | ANSYS | Multifyzikální | Numerické | Simulace | Verze 17.2

Při návrhu produktu v inženýrské praxi je v současnosti zvykem, že inženýr je nucen prakticky zvládnout různé počítačové programy zaměřené na řešení různých fyzikálních oblastí. Mnohdy je navíc donucen se naučit pracovat s dalšími nadstavbami, které umožní vzájemné předávání dat, a tím umožní řešit fyzikálně sdružené úlohy. Společnosti pak utrácí nemalé peníze na školení zaměstnanců, aby si osvojili různé filozofie, které vývojáři softwarových produktů zvolili pro zadávaní a vyhodnocování fyzikálních úloh.

Společnost ANSYS, která je v současnosti jedním z nejvýznamnějších dodavatelů softwarů v oblasti numerických simulací pro různá fyzikální odvětví, přišla v roce 2015 na trh s novým produktem AIM. Jedná se o nové moderní chytré softwarové prostředí pro zadávání, řešení a vyhodnocení různých fyzikálních úloh metodou konečných prvků. Aktuální verze ANSYS AIM 17.2 umožňuje numericky řešit úlohy: proudění tekutin, statika a dynamika konstrukcí, elektrická kondukce, teplotní vedení, extruze polymerů a elektromagnetismus. Mezi horké novinky verze 17.2 patří například řešení proudění, strukturální a teplotní analýzy v časové oblasti (tzv. transientní analýza).

Obr. 1 Pole rychlostí úlohy proudění kapalin

Vyjmenované úlohy mohou být řešeny jednotlivě i sdruženě. Chytrost prostředí spočívá v dynamickém přizpůsobení se typu řešení úlohy tak, aby byl uživatel nasměrován k zadání údajů nezbytných pro jeho typ úlohy a nebyl obtěžován dalšími možnostmi z jiných fyzikálních oblastí. AIM je velkým pomocníkem při nastavení numerických řešičů, což uvítají méně zkušení uživatelé. Součásti licence je moderní intuitivní geometrický modelář SpaceClaim, optimalizační modul Design Explorer a modul pro vyhodnocení únavové životnosti. Tyto moduly jsou přímo integrovány do prostředí AIM.

Obr. 2  Pole elektrického potenciálu

Výsledky řešení sdružené úlohy ustáleného stavu elektrické kondukce, vedení tepla a proudění kapalin jsou ukázány na obr. 1 a 2. V oblasti cívky elektrického ohřívače je řešena elektrická kondukce s okrajovými podmínkami rozdílu elektrického napětí. V závislosti na geometrii a elektrické rezistivitě materiálu cívky je vyřešen elektrický proud ve vodiči. Generované teplo se vedením šíří jak materiálem spirály, tak materiálem keramické topné desky a dále keramickým hrnkem. Vnitřní oblast hrnku je modelována jako kapalina s materiálovými vlastnostmi odpovídajícími vodě, ve které dochází k proudění vlivem vztlaku současně s rozdílem teplot předaných z pevné části konstrukce. Teplo je odváděno do okolního plynného prostředí přirozenou a nucenou konvekcí. Okolní prostředí je modelováno kapalinou s materiálovými vlastnostmi vzduchu při běžných atmosférických podmínkách. Výsledné teplotní pole v pevných oblastech je použito pro řešení statické úlohy teplotní dilatace včetně nelineární konstantní rozhraní modeluje jednostrannou vazbu mezi konstrukcí hrnku a konstrukcí topné desky. Statická úloha je řešena na odlišné konečnoprvkové síti, kdy je využito mapování skalárního teplotního pole mezi odlišnými sítěmi. Analogicky byly mapovány síly působící na konstrukci obtékanou proudem okolního plynu.
ANSYS AIM je možné využít pro bezpočet multifyzikálních simulací. Další z mnoha případů možného použití je zobrazen v následujícím videu, ve kterém je simulováno chování zpětného zrcátka automobilu mechanicky namáhaného ve větrném proudu při provozních rychlostech a zároveň výpočet ohřevu sklíčka a předávání tepla konvekcí proudícímu okolnímu vzduchu při zapnutém rozmrazování topnou spirálou pod sklíčkem, kdy elektrický výkon je automaticky počítán v závislosti na rozložení proudové hustoty ve spirále.
Jak je zvykem u softwarových produktů nabízených firmou ANSYS, AIM není vázán na normy, směrnice či předpisy, což ho staví do role univerzálního silného pomocníka s velice širokou oblastí použití. Hlavní zaměření je na co nejkomplexnější řešení úloh v oblasti designu, aby pomohly navrhnout výsledné produkty na co nejvyšší úrovni.

Společnost SVS FEM je certifikovaným ANSYS Channel Partnerem pro Českou Republiku a Slovensko, nabízí kompletní portfolio produktů společnosti ANSYS, školení, podporu k dodávaným produktům, dodávku optimalizovaného hardware pro produkty ANSYS.
Možnosti nasazení konkrétních produktů ANSYS naleznete na www.svsfem.cz.
Řešíte inženýrský problém týkající se vývoje produktu případně havarijní stav již existujícího produktu?
SVS FEM nabízí bezplatnou konzultaci týkající se konkrétního inženýrského problému.