結(jié)構(gòu)仿真：Ansys Mechanical 2023 R1版本的五大新功能

Ansys Mechanical每年都會(huì)持續(xù)發(fā)布新功能，拓展結(jié)構(gòu)分析的邊界，憑借人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)（AI/ML）在資源預(yù)測(cè)、形貌優(yōu)化等領(lǐng)域的不斷發(fā)展，該最新版本軟件使您能夠執(zhí)行更準(zhǔn)確、更高效和可定制的結(jié)構(gòu)仿真分析。

Ansys 2023 R1重點(diǎn)推出了相關(guān)增強(qiáng)功能，使您能夠使用Mechanical實(shí)現(xiàn)更高效、更準(zhǔn)確的有限元分析（FEA）仿真，包括：

基于幾何結(jié)構(gòu)的重新關(guān)聯(lián)（GBA）

保留幾何的網(wǎng)格自適應(yīng)（GPAD）

計(jì)算資源預(yù)測(cè)

形貌優(yōu)化

接觸設(shè)置

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基于幾何結(jié)構(gòu)的重新關(guān)聯(lián)（GBA）

Mechanical憑借其能夠通過網(wǎng)格劃分、設(shè)置和求解來處理底層幾何結(jié)構(gòu)而聞名業(yè)界。老用戶可能知道，在編輯幾何結(jié)構(gòu)時(shí)，Mechanical中的關(guān)聯(lián)性可能會(huì)丟失，并且此前在Mechanical中定義的設(shè)置會(huì)變?yōu)槲炊x的狀態(tài)。Ansys Workbench雖然具有在幾何結(jié)構(gòu)改變后重新關(guān)聯(lián)模型設(shè)置的功能，但該過程并非總是萬無一失。

如今，當(dāng)改變幾何結(jié)構(gòu)后，您再也不會(huì)看到模型樹上因?yàn)槭リP(guān)聯(lián)性而掛滿了一連串的問號(hào)。在Ansys 2023 R1版本中，您可以高效地編輯模型，并使用新的作用域向?qū)Чぞ咦詣?dòng)檢測(cè)和重新設(shè)置作用域。

現(xiàn)在，當(dāng)您將更新的模型導(dǎo)入回Mechanical時(shí)，幾何結(jié)構(gòu)中改變的部分將會(huì)根據(jù)關(guān)聯(lián)性進(jìn)行著色。然后，您可以通過列表來可視化已重新關(guān)聯(lián)和未關(guān)聯(lián)的項(xiàng)：已被查找到并重新關(guān)聯(lián)的項(xiàng)顯示為綠色，具有多個(gè)匹配的項(xiàng)顯示為黃色，無法自動(dòng)重新關(guān)聯(lián)的項(xiàng)則顯示為紅色。

圖 1. 使用全新的 Scoping Wizard 編輯 CAD 模型后有效地重新建立關(guān)聯(lián)性

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保持幾何結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格自適應(yīng)性（GPAD）

您是否也有過類似的經(jīng)歷：需要在Mechanical中求解一個(gè)復(fù)雜模型，但您并不熟悉該模型或事先不了解會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)應(yīng)力和應(yīng)變的區(qū)域？在過去，我們有兩種方法可以解決此問題：

第一種是生成較粗疏的網(wǎng)格，求解模型，并在重要區(qū)域細(xì)化網(wǎng)格；

第二種是從一開始就生成過度細(xì)化的網(wǎng)格，以準(zhǔn)確捕獲重要區(qū)域。

我們知道這些方法可能非常耗時(shí)，因此我們推出了一項(xiàng)新功能來提高耐久性研究的效率。保留幾何結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格自適應(yīng)（GPAD）這一新功能，不僅消除了對(duì)初始網(wǎng)格過度細(xì)化的需要，而且避免了對(duì)網(wǎng)格尺寸大小的猜測(cè)。

通過GPAD，您可以使用較粗的網(wǎng)格開始仿真，并且在求解模型時(shí)，求解器會(huì)監(jiān)控區(qū)域中的數(shù)量信息（如應(yīng)力變化），并自動(dòng)細(xì)化網(wǎng)格。網(wǎng)格的細(xì)化并非基于此前求解的粗糙網(wǎng)格，而是通過將網(wǎng)格與底層計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）相匹配來實(shí)現(xiàn)，以更接近模型的真實(shí)形狀。由于網(wǎng)格重劃分發(fā)生在求解階段，所以它可以提高準(zhǔn)確性，同時(shí)無需耗費(fèi)大量的計(jì)算資源。

保持幾何結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格自適應(yīng)性（GPAD）還可根據(jù)初始CAD幾何結(jié)構(gòu)自動(dòng)細(xì)化網(wǎng)格

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計(jì)算資源預(yù)測(cè)

由于存在不同類型的單元、材料、接觸、接頭、邊界和載荷條件等因素，F(xiàn)EA仿真的規(guī)模和復(fù)雜性日益增加。與此同時(shí)，無論是在本地還是在云端，高性能計(jì)算資源的使用都在呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。在這個(gè)階段了解硬件要求，如內(nèi)存和中央處理器（CPU）的數(shù)量，就非常重要。

在這種對(duì)成本和時(shí)間都非常敏感的仿真環(huán)境中，了解實(shí)現(xiàn)最大擴(kuò)展性所需的最佳CPU數(shù)量至關(guān)重要，這有助于提高時(shí)間和成本效率?，F(xiàn)在，計(jì)算資源預(yù)測(cè)的增強(qiáng)功能使您能夠在求解之前，就可預(yù)測(cè)所需的內(nèi)存、求解時(shí)間和求解器的擴(kuò)展性能，從而解決此問題。

資源預(yù)測(cè)使用基于ML的算法來預(yù)測(cè)復(fù)雜仿真模型所需的內(nèi)存和求解時(shí)間。該算法可對(duì)此前已求解的仿真的數(shù)百萬個(gè)匿名數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行分析，并將該數(shù)據(jù)與用戶求解的模型進(jìn)行比較，以得出所需的預(yù)測(cè)結(jié)果。此功能可與具有迭代和直接求解器的線性靜態(tài)和模態(tài)分析配合使用，并提供多達(dá)32個(gè)內(nèi)核的擴(kuò)展性能（從Ansys 2023 R1開始）。

圖 2. 利用人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí) (AI/ML) 深入了解運(yùn)行 Ansys Mechanical 仿真所需的計(jì)算資源

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形貌優(yōu)化

Mechanical中已逐步集成了參數(shù)研究、拓?fù)鋬?yōu)化、點(diǎn)陣優(yōu)化和形狀優(yōu)化等多種不同的優(yōu)化技術(shù)。在2023 R1版本中，我們推出了一項(xiàng)被稱為形貌優(yōu)化的新功能。

裝配式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的性能在很大程度上取決于其自身的重量，尤其是在該結(jié)構(gòu)承受動(dòng)態(tài)載荷時(shí)，因此輕量化至關(guān)重要。對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)，我們無法應(yīng)用拓?fù)鋬?yōu)化，而且使用其它方法尋找解決方案的效率更低——尤其是當(dāng)我們具有裝配和設(shè)計(jì)約束時(shí)。

而形貌優(yōu)化最適合這類情況，我們無需更改設(shè)計(jì)的厚度或形狀，僅使用自由變形方法即可確定網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的最佳位置。我們還可以使用不同的控件來確保設(shè)計(jì)的可制造性。這種方法有助于改善噪聲、振動(dòng)和聲振粗糙度（NVH）；疲勞；碰撞性能；和/或減輕結(jié)構(gòu)的重量。

圖 3. 現(xiàn)在可以使用形貌優(yōu)化功能來優(yōu)化框架和外殼結(jié)構(gòu)

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接觸設(shè)置

對(duì)于汽車行業(yè)用戶來說，白車身（BIW）仿真的接觸設(shè)置可能是一個(gè)非常繁瑣的過程。這主要是因?yàn)檫@些BIW仿真涉及各種復(fù)雜的特征和許多不同的接觸類型，包括粘合劑、焊接、鉚接等。在過去創(chuàng)建多個(gè)接觸需要大量的手動(dòng)設(shè)置，以便用戶可以在正確的殼體表面上設(shè)置接觸。

2023 R1版本的功能增強(qiáng)現(xiàn)在可通過指明目標(biāo)表面（實(shí)際上是雙面）來簡(jiǎn)化設(shè)置。它同時(shí)考慮了正、負(fù)法向目標(biāo)表面，并且無需創(chuàng)建多個(gè)接觸定義。

圖4：接觸增強(qiáng)功能可簡(jiǎn)化復(fù)雜模型的設(shè)置，例如粘合劑和金屬薄板組件之間的接觸