Усадочные дефекты в отливке "Зуб ковша"
ANSYS CFD
Самые передовые технологии явились результатом длительного эволюционного пути от зарождения вычислительной гидрогазодинамики до ее внедрения в процессы разработки, движимой расчетами. Такое движение вперед возникло в результате предложения передовых математических решателей. Сегодня ANSYS использует междисциплинарный подход к моделированию, в котором модели потоков жидкостей или газов плавно интегрируются в технологии моделирования других физических явлений. Подход компании ANSYS понятен, он заключается в том, чтобы предоставить систему инструментов высокоточного анализа междисциплинарного взаимодействия для возможности реализации принципа разработки, движимой расчетами в рамках адаптивной унифицированной архитектуры ANSYS Workbench. Платформа ANSYS Workbench объединяет широкий набор технологий для удовлетворения индивидуальных потребностей, одновременно обеспечивая взаимодействие и явные перспективы развития. Сюда входит очень широкий набор продуктов ANSYS для моделирования жидкостей и газов, которые делятся на две категории: продукты для анализа течения жидкостей или газов общего назначения и узкоспециализированные продукты. Широта и глубина набора продуктов ANSYS для гидрогазодинамики беспримерна.
Решатели гидрогазодинамики общего назначения.
Технология ANSYS CFD открывает доступ к хорошо известным программным продуктам: ANSYS FLUENT и ANSYS CFX. Это основные продукты для задач гидрогазодинамики общего назначения, предлагаемые компанией ANSYS, Inc. Они доступны по отдельности. Эти два решателя разрабатывались в течение десятилетий независимо друг от друга и обладают несколькими существенными отличиями, несмотря на некоторые схожие черты. Оба модуля основаны на методе контрольных объемов, дающем высокую точность, и используют решатель по давлению, что способствует широте применяемости этих продуктов. Основные отличия состоят в способе интегрирования уравнений течения жидкостей и в стратегиях решения уравнений. ANSYS CFX полностью интегрирован в платформу ANSYS Workbench.
Решатель ANSYS CFX использует сетку конечных элементов (числовые значения в узлах сетки), схожую с теми, что используется в анализе прочности, для дискретизации области. В отличие от ANSYS CFX, решатель ANSYS FLUENT использует сетку конечных объемов (числовые значения в центрах ячеек). В итоге оба подхода формируют уравнения для конечных объемов, которые обеспечивают сохранение значений потока, что является необходимым условием для точных решений задач гидрогазодинамики. В ANSYS CFX особый упор сделан на решение основных уравнений движения (сопряженная алгебраическая сетка), а ANSYS FLUENT предлагает несколько подходов к решению (метод на основе плотности, расщепленный метод на основе давления, сопряженный метод на основе давления). Оба решателя содержат в себе самые ценные возможности физического моделирования для получения максимально точных результатов.
Кроме того, модуль ANSYS® CFD-Flo™ нацелен на удовлетворение потребностей разработчиков, занимающих ключевые позиции в конструкторских подразделениях компаний. Инструмент ANSYS CFD-Flo ограничивает доступ пользователя к физическим параметрам до моделей, наиболее часто используемых инженерами-конструкторами. Модуль совместим с другими встроенными в ANSYS Workbench функциями. ANSYS CFD-Flo – хороший выбор для конструкторских отделов благодаря меньшей сложности и стоимости этого модуля.
Модуль ANSYS CFD является высокомасштабируемым. Время разработки продукта может быть сокращено благодаря ANSYS CFD HPC, функции высокопроизводительного расчета. Она позволяет делать расчеты больших моделей на параллельных расчетных кластерах. Линейная масштабируемость была продемонстрирована на более чем тысяче процессоров.
Решатели ANSYS для жидкостей и газов заключают в себе более тысячи человеко-лет исследований и разработок. Эти усилия выражены в преимуществах программных продуктов ANSYS перед конкурентами, а именно в опыте, надежности, широте и глубине. Ключевые решатели для гидрогазодинамики компании ANSYS проверены и широко используются компаниями по всему миру.
Специализированные инструменты для анализа жидкостей и газов.
Гибкость и общеприменимость важны, но иногда они не требуются для решения конкретных специализированных задач. В дополнение к инструментам для решения задач гидрогазодинамики общего назначения, ANSYS предлагает узкоспециализированные решения для анализа жидкостей и газов. Эти решения часто называют вертикальными приложениями из-за способа интеграции всех шагов анализа специфического типа системы в программный модуль. Технологии ANSYS предлагают специфические отраслевые функции и терминологию.
Турбомашиностроение – один из самых удачных примеров вертикальной задачи анализа жидкостей и газов вследствие схожести геометрии и физических процессов во всех областях вращающихся машин. Технология ANSYS для турбосистем включает в себя специализированные инструменты для работы с геометрией и сеткой, а также специализированные модели в инструментах моделирования общего назначения.
Семейство продуктов ANSYS® Icepak® – специализированные программные средства для разработки электронных устройств и корпусов для них. Для улучшения производительности и долговечности электронных плат и других компонентов во время разработки оптимальных систем охлаждения программа рассчитывает поле течения и температуры электронных и компьютерных систем.
Программный продукт ANSYS® POLYFLOW® – специализированное программное средство для удовлетворения потребностей перерабатывающей промышленности, например, в задачах обработки полимеров, заполнения форм, высокотемпературного формообразования, производства стекла. В этом модуле можно моделировать потоки жидкостей и газов с очень сложным поведением, как в случае с вязкоупругими жидкостями. Технология ANSYS POLYFLOW предлагает уникальные возможности, например, возможность выполнения обратных расчетов для определения форм штампа для экструзии. Также можно рассчитать конечную толщину стенки в процессах формования давлением.
Продукт ANSYS Airpack предназначен для разработки систем отопления, вентиляции, кондиционирования в офисных зданиях, на заводах, стадионах и других публичных местах. Модуль точно моделирует поток воздуха, теплоперенос, распространение загрязнителей в системе вентиляции. Модуль FLUENT® for CATIA® V5 позволяет передать результаты анализа течения жидкости/газа и теплопереноса в среду управления жизненным циклом изделия CATIA V5. Доступная физика потоков жидкостей/газов обычно используется инженерами-конструкторами. Она совместима с модулем ANSYS FLUENT.
Моделирование течения воздуха вокруг плохообтекаемого тела. Сопоставление полей скоростей, полученных в программных модулях вычислительной гидродинамики ANSYS CFX и FLUENT. Задача решена специалистами компании «Делкам-Урал» для МВЗ им. Миля.
В конечном итоге пользователи могут создавать собственные вертикальные приложения в рамках продуктов моделирования жидкостей/газов общего назначения. Модуль ANSYS CFX предлагает настраиваемый мастер установок и язык описания. Технология ANSYS FLUENT предоставляет определяемые пользователем функции. Совместно с инструментами написания сценариев, доступными во всех приложениях ANSYS Workbench, они могут быть использованы для создания специализированных вертикальных приложений. Не редки случаи, когда аналитический отдел создает подобное вертикальное приложение, которое используется и в конструкторском отделе. Основное преимущество такого подхода – повторяемое с высокой точностью управление процессом моделирования и, следовательно, контроль качества любых гидрогазодинамических процессов.
Преимущества решений компании ANSYS для моделирования жидкостей и газов.
Технология анализа потоков жидкостей и газов компании ANSYS позволяет выполнять глубокий анализ механики жидкости во многих типах изделий и процессов, что дает возможность не только снизить необходимость дорогостоящих прототипов, но и получить всеобъемлющие данные, которые не всегда доступны при проведении экспериментальных исследований. Моделирование жидкостей и газов может служить дополнением к физическому эксперименту. Некоторые разработчики используют моделирование для анализа новых систем до принятия решения о том, какие эксперименты проводить и в каком количестве. Во время поиска неисправностей вызывающие трудности задачи решаются быстрее и точнее, поскольку анализ гидрогазодинамики выделяет не только следствие неисправности, но и ее причину. Во время оптимизации разработок нового оборудования за короткий промежуток времени можно выполнить много аналитических вычислений типа «что-если». Результатом этого становится лучшее соответствие продукта, увеличенная производительность, надежность. ANSYS продолжит внедрять инновации в свои разработки, чтобы пользователи могли заменить традиционные капиталоемкие процессы разработки на процесс разработки продукта, движимый расчетами.