نرم افزار ANSYS و قابلیت های آن

تاریخچه نرم افزار ANSYS

هسته اولیه شرکت ANSYSدر سال 1970 توسط دکتر Swansonو تحت نام SwansonAnalysisSystems, Inc.(با نام اختصاری SASI) تاسیس شد. هدف اولیه از تاسیس این شرکت، توسعه نرم افزاری مبتنی بر روش المان محدود (FiniteElement) به قصد تحلیل استاتیکی، دینامیکی و انتقال حرارت بود. این شرکت محصولات خود را همزمان با رشد سیستم­های کامپیوتری و همچنین نیازهای مهندسی در صنایع مختلف توسعه می­داد به طوریکه هر سال بین 10 تا 20 درصد رشد می­کرد تا اینکه در سال 2004 به شرکت TAAssociatesفروخته شد. مالکان جدید نام شرکت خود را از یکی از محصولات پیشرو شرکت SASIبنام ANSYSاقتباس نموده و کمپانی ANSYSInc.رسما ایجاد گردید. امروزه 96 شرکت از 100 شرکت برتر دنیا از محصولات ANSYSبرای طراحی، تحلیل و بهینه­سازی استفاده میکنند. در حال حاضر مقر اصلی این شرکت در PittsburghایالتPennsylvania قرار داشته و درآمد سالیانه آن نزدیک به 800 میلیون دلار است.

قابلیت های نرم افزار ANSYS

محصولات شرکت ANSYSبه دو بخش کلی و به شرح زیر تقسیم بندی می­شوند:

SimulationTechnology: این بخش شامل حلگرهای فوق العاده قوی است که هر کدام بخشی از شبیه سازی پدیده های مختلف را بر عهده داشته و به شرح زیر هستند:

StructuralMechanics: مجموعه تحلیل سازه­ای را شامل میشود. انواع تحلیل های استاتیک، دینامیک، فرکانس، ضربه، برخورد، تغییر شکل­های الاستیک و پلاستیک و ... در این بخش قابل دسترس هستند. در نرم افزار ANSYS، ماژول های زیر برای انجام این نوع از تحلیل ها وجود دارد:

 

نام ماژول                                                                              قابلیت

Linear Buckling                                               برای انجام تحلیل های کمانش خطی به کار میرود

Modal                                                 تحلیل مودال و استخراج شکل مودها و فرکانس های طبیعی را بر عهده دارد

Random Vibration                                برای تحلیل ارتعاشات تصادفی از قبیل زلزله مورد استفاده قرار میگیرد

Response Spectrum                        طیف پاسخ یک سیستم به مجموعه ای از ورودی ها را شبیه سازی میکند

Harmonic Response                                               تحلیل های هارمونیک را انجام میدهد

Rigid Dynamics        تحلیل سینتیک و سینماتیک مکانیزم ها را انجام میدهد. نتایج استخراج شده برای محاسبات سازه ای و استخراج تنش ها و کرنش ها قابل استفاده هستند

Static Structural                                           تحلیل های استاتیکی و شبه استاتیکی را انجام میدهد

Transient Structural             تحلیل های دینامیکی را شامل میشود که دارای اثرات اینرسی و بارگذاری متغیر با زمان میباشد

  FluidDynamics: تحلیل دینامیک سیالات همراه با انتقال حرارت را در حالت­های مختلف پایاو ناپایا، تراکم پذیر و غیر قابل تراکم، دو و سه بعدی، لایه ای و آشفته و ... را با روش حجم محدود انجام می دهد. نرم افزار ANSYSبرای انجام تحلیل های دینامیک سیالات از ماژول های زیر استفاده میکند:

نام ماژول                                                                            قابلیت

FLUENT                                     قویترین نرم افزار دینامیک سیالاتی جهان در صنایع مختلف که در سال 2006 خریداری شد

CFX                                                                رقیب نرم افزار فلوئنت که در سال 2003 خریداری شد

Polyflow                                                           برای شبیه سازی پدیده هایی مانند اکستروژن استفاده میشود

Icepak                                 جهت طراحی و شبیه سازی سیستم های خنک کاری الکترونیکی، مکانیکال و ... به کار میرود

CFD-post                          برای مشاهده نتایج حاصل از حل دینامیک سیالات در مرحله PostProcessingاستفاده میشود

IC Engine                                برای تحلیل دینامیک سیالات در موتورهای احتراق داخلی استاندارد سازی شده است

 

 

Meshing: برای انجام هر تحلیل و شبیه سازی عددی، احتیاج به ایجاد شبکه بر روی هندسه مورد بررسی میباشد که این مهم در ماژول های زیر قابل انجام است:

 

نام ماژول                                                                                               قابلیت

ICEM CFD                 قویترین نرم افزار تولید شبکه جهان مخصوص ایجاد انواع شبکه با الگوریتم ها مختلف و قابلیت blocking. این نرم افزار در سال 2003 توسط شرکت ANSYSخریداری شده است

TGRID                                                                             تولید شبکه با دقت زیاد خصوصا در لایه مرزی

TurboGrid                                 دارای ابزارهای استاندارد جهت شبکه بندی توربوماشین ها شامل کمپرسور، پمپ، توربین و ...

Mechanical Model                       ایجاد شبکه در یک محیط یکپارچه با ماژول های مورد نظر همراه با قابلیت های مناسب

 

نرم افزار GAMBITکه پیشتر برای تولید شبکه مورد استفاده قرار میگرفت، منسوخ شده و دیگر توسط ANSYSتوسعه داده نمیشود.

Electromagnetic: حل عددی معادلات ماکسول در حوزه الکترومغناطیس را بر عهده دارد که شامل ماژول های مختلفی می باشد. این ماژول ها توسط شرکت ANSOFTتوسعه داده شده و در سال 2008 توسط شرکت ANSYSخریداری شده اند.

Multiphysics: تحلیل های کوپله بین فیزیک­های متفاوت (جامد و سیال / سیال و مغناطیس و ...) را انجام می­دهد. در این روش ابتدا معادلات حاکم بر یک فیزیک به طور کامل حل شده و جواب­های آن به صورت شرایط مرزی برای فیزیک دیگر مورد استفاده قرار می­گیرد. ماژول های زیر برای این نوع از تحلیل ها موجود است:

 

نام ماژول                                                                                      قابلیت

Magneto-Static                                                 شبیه سازی اثرات متقابل میدان مغناطیسی و تحلیل سازه

Thermal-Electric                                                     شبیه سازی اثرات متقابل میدان دما و الکتریسیته

Thermal-Stress                                                                      شبیه سازی تنش های حرارتی

(Fluid-Structure Interaction (FSI      شبیه سازی اثرات متقابل بین جسم جامد و سیال پیرامون که طی آن میدان فشار یا دمای سیال به صورت ورودی تحلیل سازه ای بر روی جسم لحاظ شده و در نهایت تنش و کرنش جسم شبیه سازی میشود

 

 

 Explicit Dynamics: برای مسائل مختلف دینامیکی که دارای تغییر شکل­های بزرگ بوده و اکثرا وارد فاز پلاستیک می­شوند، حل دقیق و با جزئیات بیشتری از StructuralMechanicsدر اختیار قرار می­دهد. ماژول های مورد استفاده به شرح زیر می باشد:

 

نام ماژول                                                                                       قابلیت

Explicit Dynamics                                             برای مشاهده پدیده های شکست و ضربه مورد استفاده قرار میگیرد

AUTODYN , LS-DYNA                  برای تحلیل انفجار، تغییر شکل های بزرگ، مچالگی، ترکیدن، قطعه قطعه شدن، پارگی و ... مورد استفاده قرار میگیرد

Hydrodynamics(AQWA): به شبیه سازی هیدرودینامیکی مسائل مهندسی دریایی از قبیل سکوهای نفتی، سازه های دریایی، حرکت امواجو ... می­پردازد و شامل دو ماژولHydrodynamic DiffractionوHydrodynamic Time Responseمیباشد.

 Thermal: برای شبیه سازی پدیده انتقال حرارت به صورت پایا و گذرا در قطعات و مجموعه های مونتاژ استفاده میشود که امکان تعریف انواع شرایط مرزی از قبیل دما، convection، radiationو fluxهای حرارتی را دارا میباشد. این تحلیل شامل ماژول های زیر می باشد:

 

نام ماژول                                                                                  قابلیت

Steady-state thermal                                                   شبیه سازی انتقال حرارت پایا

Transient thermal                                                       شبیه سازی انتقال حرارت گذرا

مابقی ماژول های موجود در قسمت Thermal، در بخش Multiphysicsبیان شده اند.

3DModeling: از آنجایی که شبیه سازی پدیده های فیزیکی بدون مدل سازی قطعات و مجموعه های تحت بررسی عملا غیر ممکن است، در نرم افزار ANSYS، علاوه بر امکان وارد کردن هندسه از نرم افزارهای مطرح CADاز قبیل CATIA، Solidworksو ... ، دو ماژول فوق العاده قوی برای مدل سازی نیز تعبیه شده که در ادامه بیان شده اند:

 

نام ماژول                                                                                 قابلیت

DesignModeler                                       برای انجام کارهای ابتدایی و ترسیمات ساده مورد استفاده قرار میگیرد

SpaceClaim              مدلسازی قطعات پیچیده و مجموعه های مونتاژ در این ماژول انجام میگیرد که قابلیت های CADبسیار قوی دارد

 

WorkflowTechnology

ANSYSWorkbenchPlatform: محیطی از نرم افزار است که امکان ایجاد workflowبین بخش­های مختلف نرم افزار و حلگرهایی که در قسمت قبل بیان شدند را فراهم می­کند. می­توان از این محیط به DesignModelerکه ماژول طراحی سه بعدی (CAD) می­باشد وارد شد و قطعات را مدل­سازی نمود. سپس می­توان وارد AnsysMeshingشده و مدل ایجاد شده را مش­بندی کرد. همچنین میتوان بین پدیده های شبیه سازی شده یک لینک برقرار کرده و پارامترهای طراحی را انتقال داده و یا به اشتراک گذاشت.

شکل زیر تمام آنالیزها و قابلیت های که در Workbenchتعبیه شده است را نمایش میدهد.

 ارتقای رابط گرافیکی، دسترسی به تمام آنالیزها در یک محیط یکپارچه، وجود کتابخانه کاملی از مواد، امکان ایجاد ارتباط بین آنالیزهای مختلف، قابلیت CADو meshingبسیار قوی و ... از مهمترین تغییرات ایجاد شده در Workbenchدر مقایسه با محیط قدیمی نرم افزار MechanicalAPDLمیباشد.

High-PerformanceComputing: امکان پردازش موازی و تنظیمات آن را در اختیار کاربر قرار می­دهد.

GeometryInterfaces: برقراری ارتباط و تبادل فایل CADبا نرم افزارهای مدل­سازی از قبیل CATIA، ProEو ... را مدیریت می­کند.

DesignExploration: روش هایی برای انجام تحلیل ها بر روی مسائل و پارامترها را به قصد بهینه سازی در اختیار کاربر قرار میدهد. این قسمت از الگوریتم های متنوعی همچون ResponseSurfaceو SixSigmaبهره میبرد.