Ansys DesignSpace

Program ANSYS DesignSpace został zbudowany w oparciu o wieloletnie doświadczenia firmy ANSYS Inc. w wykorzystaniu metody elementów skończonych w analizie konstrukcji. 
Program udostępnia podstawowe możliwości programu ANSYS przy jednoczesnym zachowaniu prostoty obsługi i szeroko rozwiniętemu systemowi pomocy. Ta ostatnia cecha jest szczególnie ważna dla osób mających niewielkie doświadczenie w analizach MES. 
Moduł rozwiązujący (solver) ANSYS DesignSpace'a jest tym samym modułem który używany jest w programie ANSYS, co gwarantuje dużą wiarygodność uzyskiwanych wyników.

ANSYS DesignSpace może pracować jako program niezależny lub jako nakładka na większość popularnych systemów CAD poprzez mechanizm plug-in.
Oprócz bezpośredniego importowania geometrii z systemu CAD, posiada również możliwość importu geometrii w formatach niezależnych jako ACIS (SAT) oraz Parasolid.
Jeżeli importowany model składa się z kilku brył program automatycznie wykrywa interakcje i zakłada pomiędzy elementami kontakt.  Nowością wersji szóstej jest moduł pozwalający na tworzenie, przebudowę oraz modyfikację modelu geometrycznego wewnątrz pakietu ANSYS DesignSpace bez potrzeby odwoływania się do programu CAD.

       

Interface programu ANSYS DesignSpace

Program ANSYS DesignSpace w swoim założeniu jest narzędziem dla inżynierów którzy nie posiadają dużych umiejętności w dziedzinie modelowania MES.
Proces tworzenia siatki i jego dostosowanie do modelu przejął sam program. Naszym zadaniem jest prócz wczytania geometrii, zadanie cech materiałowych, zamocowań i obciążeń. Proces tworzenia modelu matematycznego i rozwiązanie odbywa się automatycznie. W ostateczności pozostaje nam przeglądanie i weryfikacja wyników a i to możemy uprościć poprzez zadanie przedziałów odpowiadającym poprawnym wynikom.
Na zakończenie obliczeń program automatycznie wygeneruje raport
z przeprowadzonej analizy. 
W przypadku konfiguracji sieciowej program udostępni nasz raport przełożonym i współpracownikom. Raport będzie zawierał tabele materiałowe, rysunki 
z naniesionymi obciążeniami oraz mapy wielkości analizowanych 
ANSYS DesignSpace zawiera wszystkie narzędzia potrzebne do podstawowej analizy zachowania konstrukcji. 
W wypadku potrzeby wykonania bardziej zaawansowanych obliczeń można wyeksportować model do innych systemów MES (Ansys, Nastran, Abaqus...)
 

ANSYS DesignSpace współpracuje w pełni z programami analizy ruchu:

• Solid Dynamics,
• MSC.DynamicDesigner,
• CosmosMotion

Możliwy jest eksport położenia, sił, momentów symulowanej konstrukcji z w/w programów dla dowolnej chwili czasowej a następnie ich import do środowiska ANSYS DesignSpace jako obciążenia z analizy ruchu (Motion Loads). Taki sposób podejścia umożliwia na uwzględnienie rzeczywistych warunków obciążenia konstrukcji wraz z uwzględnieniem zjawisk bezwładności czy tarcia.

Analizy

Aby ułatwić przeprowadzenie analizy program udostępnia tzw. kreatory analiz (Wizard), które prowadzą przez kolejne etapy  przygotowania analizy. Gwarantuje to, że żaden z kluczowych elementów analizy (np. założenie utwierdzeń) nie zostanie pominięty. 

• Stress Wizard 
  ...wylicza naprężenia, deformacje, współczynniki bezpieczeństwa w oparciu standardowe zależności teorii sprężystości (naprężenie - odkształcenie

• Shape Wizard
  ...wyznacza obszary obiektu których usunięcie nie powoduje znacząco obniżenia sztywności. Optymalizacja Topologiczna.

• Vibration Wizard
  ...wyznacza częstotliwości i postacie drgań własnych bryły dla 'N' modów uwzględniając wstępne obciążenie

• Thermal Wizard
  ...przepływ ciepła, źródła ciepła, konwekcja, temperatura na powierzchni, statyczny przepływ ciepła i naprężenia cieplne, uwzględnia zależności materiałowe, nieliniowa konwekcja

• Fatique Wizard
  ...typy obciążeń: przemienne, jednostronne, historia obciążeń
  ...rezultaty: długość życia produktu, zniszczenie, współczynniki bezpieczeństwa, określenie wrażliwości zmęczeniowej, redukcja obszarów wrażliwych, etc
  ...typy analiz: Goodman, Soderberg, Gerber 
  ...cel: polepszenie jakości i żywotności produktu

 

Cechy programu:

• bardzo krótki czas od pomysłu do pierwszych wyników,

• duży stopień wiarygodności wyników,

• łatwość obsługi i krótki czas wdrożenia użytkownika do pracy z programem,

• możliwość sporządzania raportów po wykonanej analizie,

• wygodne zarządzanie stworzonymi projektami i wynikami analiz.

Możliwości programu:

• współpraca z popularnymi systemami CAD oraz możliwość pracy samodzielnej,

• przejmowanie złożeń zdefiniowanych w programie CAD,

• automatyczne tworzenie złożeń w miejscach styczności w razie braku takiej definicji w programie CAD,

• określenie stanu naprężenia i odkształcenia,

• oszacowanie współczynnika bezpieczeństwa,

• określenie deformacji,

• analiza częstotliwości drgań własnych,

• możliwość definiowania stałych zależnych od temperatury,

• analiza naprężeń termicznych,

• analiza rozkładu temperatur,

• analiza przepływu ciepła,

• optymalizacja kształtu,

• analizy zmęczeniowe,

• analizy wyboczeniowe,

• dwukierunkowa parametryzacja modelu z systemem CAD,

• możliwość analizy kilku wariantów jednocześnie + parametryzacja,

• przejmowanie stanu obciążeń z takich programów jak Dynamic Designer, Solid Designer, i inne,

• możliwość kontynuowania analizy w innych systemach MES np. ANSYS.

Narzędzia wspomagające analizę:

• automatyczny dobór podziału siatki "adaptive meshing",

• automatyczne uproszczenia geometryczne,

• automatyczne generowanie kontaktów,

• narzędzia wspomagające analizę, tak zwane "Wizardy",

• rozbudowywalna biblioteka materiałowa,

• narzędzia do obciążania i zamocowywania obiektu operują cechami fizycznymi które są bardziej naturalne od matematycznych,

• generator raportów w postaci plików HTML, MS Word, MS PowerPoint,

• narzędzia do dynamicznej prezentacji danych, do tworzenia obiektów VRML.
   

Analiza powłok

Lokalne zagęszczania siatki

Budowa modelu

Siatka elementów skończonych

Bardzo duży wpływ na wyniki analizy MES ma podział geometrii na elementy skończone. 
Gęsta siatka zapewnia dokładne wyniki, niestety kosztem długiego czasu obliczeń. Rzadka siatka to krótki czas obliczeń kosztem mniej dokładnych wyników. Przeważnie gęstość siatki bywa kompromisem pomiędzy dokładnością wyników a czasem obliczeń, jaki możemy na te obliczenia poświęcić. 
I tutaj z pomocą przychodzi program, umożliwiając ustawienie stopnia ważności dla poszczególnych części konstrukcji.  Możliwe jest zarówno ustalenie stopnia dokładności obliczeń jak i automatyczne upraszczanie geometrii dla wybranego elementu. Uproszczenie geometrii polega na pominięciu w czasie obliczeń szczegółów nieistotnych dla pracy całej konstrukcji (np. małe otwory, zaokrąglenia, sfazowania, itp.). 
W obecnej wersji możliwe jest w znacznie większym stopniu ingerowanie w generowanie siatki. 
Użytkownik może ustanowić większą dokładności dla powierzchni, linii bądź punktu, co pozwala na zagęszczenie siatki w okolicach przyłożenia siły, zamocowania, czy w miejscu w którym chcemy poznać dokładniejsze wyniki. Dodatkowo w czasie analizy można śledzić zbieżności poszczególnych rozwiązań (w zależności od stworzonej siatki) jak również ustalić dokładności poszukiwanych wyników. Wówczas program automatycznie zagęszcza siatkę tak długo aż osiągnie wyznaczoną dokładność.
Dotychczas do podziału modelu używano elementów czworościennych (piramidki). W obecnej wersji wprowadzone zostały również elementy sześcienne. Jeżeli geometria spełnia kryteria wstępne program automatycznie dzieli konstrukcję używając elementów sześciennych.  Zapewnia to "ładniejszą" siatkę, oraz mniejszy model dla takiej samej dokładności obliczeń.

Powierzchnie

ANSYS DesignSpace został stworzony do rozwiązywania zadań 3D i dotychczas można było rozwiązywać jedynie konstrukcje bryłowe. W wersji szóstej można również używać elementów powłokowych. Typowym przykładem konstrukcji powłokowej jest zbiornik. 
Przystępując do analizy powłoki nadajemy jej  grubość która może być edytowalnym parametrem

Biblioteka materiałów

Program posiada bibliotekę podstawowych materiałów które mogą zostać wykorzystane w czasie definiowania analizy. Biblioteka ta może być zarówno modyfikowana jak i uzupełniana o własne materiały.

Parametryzacja modelu

Nowością jest możliwość parametryzacji zadania. ANSYS DesignSpace importując geometrię z programu CAD rozpoznaje automatycznie parametry modelu. Parametrami mogą być wymiary modelu jak i inne dane takie jak np. własności materiałowe. Pozwala to w ramach jednego zadania na otrzymanie odpowiedzi konstrukcji dla różnych wariantów. 

Kontakt

W trakcie importu konstrukcji złożonej z kilku brył ANSYS DesignSpace automatycznie wykrywa powiązania między nimi. 
Rodzaje kontaktu:

• Bonded
  ... bez poślizgu, stykające powierzchnie nie mogą ulec rozerwaniu (liniowe) (przykład: połączenie spawane)

• No Separation 
  ... stykające powierzchnie mogą się wzajemnie przesuwać, ale nie mogą się rozdzielić (liniowe)

• Frictionless
  ... stykające powierzchnie mogą się wzajemnie przesuwać i rozdzielać (nieliniowe)-

Raport

ANSYS DesignSpace automatycznie generuje raport zawierający wszystkie informacje dotyczące analizy, a więc dane materiałowe, zastosowane uproszczenia geometrii, wartości sił, warunki podparcia. W raporcie zamieszczone są rysunki przedstawiające zarówno model jak i wyniki obliczeń. 
Raport generowany jest w formacie HTML, MS Word, MS PowerPoint.

Praca ze złożeniami

Obliczenia termiczne

Obliczenia naprężeń, współczynników bezpieczeństwa 
(model łańcucha ze zdefiniowanym kontaktem)

Możliwość analizy 
tylko wybranych elementów złożenia

Optymalizacja topologiczna kształtu
(przykład redukcji masy (kolor czerwony) nie biorącej udziału w przekazywaniu momentu obrotowego pomiędzy wałem a elementem kołnierzowym z otworami).

Przykład zastosowania optymalizacji topologicznej przy poszukiwaniu ostatecznego kształtu elementu przy redukcji jego masy