ANSYS Workbench 機(jī)械和電氣仿真分析介紹

2017-02-12 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

一、首先介紹 ANSYS Workbench

直觀的用戶體驗(yàn)

ANSYS AIM提供現(xiàn)代化的直觀用戶體驗(yàn),使所有工程師都能在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)過程中根據(jù)仿真制定設(shè)計(jì)決策。該用戶環(huán)境為仿真新手和臨時(shí)用戶簡(jiǎn)化了單個(gè)物理場(chǎng)、多個(gè)物理場(chǎng)以及多場(chǎng)耦合的仿真設(shè)置、運(yùn)行與結(jié)果評(píng)估流程。AIM的仿真流程核心是仿真過程模板。模板可針對(duì)單個(gè)物理場(chǎng)和涉及多個(gè)物理場(chǎng)仿真的應(yīng)用定義基于任務(wù)的工作流程。模板能讓初學(xué)者和不熟練的用戶快速學(xué)習(xí)并利用仿真來指導(dǎo)設(shè)計(jì)決策。AIM用戶界面還提供很多視覺提示,以引導(dǎo)用戶完成仿真過程的各個(gè)步驟,并對(duì)需要用戶注意的輸入進(jìn)行建模。在整個(gè)仿真過程中,AIM的綜合幫助系統(tǒng)提供大量視頻內(nèi)容和有用信息來幫助用戶更容易理解工程術(shù)語。該幫助系統(tǒng)可以幫助用戶更加熟悉仿真過程。

底層求解器和網(wǎng)格剖分技術(shù)是以可靠的ANSYS 技術(shù)為基礎(chǔ);這些技術(shù)都經(jīng)過了世界上最嚴(yán)格的客戶開發(fā)和驗(yàn)證。

仿真工作流程的定制化

ANSYS AIM用戶環(huán)境基于可方便定制的Workbench平臺(tái),提供相應(yīng)工具來編制腳本和定制環(huán)境,以實(shí)現(xiàn)仿真工作流程的自動(dòng)化。對(duì)于很多擁有大規(guī)模設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的公司來說,CAE方法小組可以定義仿真最佳實(shí)踐和標(biāo)準(zhǔn)的工程仿真工作流程。為了更加方便地支持設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)部署仿真技術(shù),AIM允許根據(jù)組織機(jī)構(gòu)的具體仿真過程創(chuàng)建定制化模板。定制模板和自動(dòng)化工作流程使CAE方法團(tuán)隊(duì)能夠獲得工程仿真知識(shí),并為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)過程中使用仿真技術(shù)提供專家指導(dǎo)。在整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中推廣仿真能加速產(chǎn)品創(chuàng)新和產(chǎn)品上市時(shí)間,從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的創(chuàng)新產(chǎn)品。

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經(jīng)過驗(yàn)證的高性能仿真

在如今快節(jié)奏的產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境中,設(shè)計(jì)周期比較短,而且各公司要求快速獲得精確的仿真結(jié)果。ANSYSA IM提供經(jīng)過驗(yàn)證、精確、可擴(kuò)展的工程仿真技術(shù),能夠充分滿足上述要求。盡管AIM的圖形用戶界面和用戶體驗(yàn)是全新的,但其基本的求解器和網(wǎng)格剖分技術(shù)卻是以經(jīng)過檢驗(yàn)的ANSYS技術(shù)為基礎(chǔ),這些技術(shù)面向世界上要求最嚴(yán)格的客戶開發(fā)并且已經(jīng)得到了驗(yàn)證。

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AIM仿真工作流程的所有組成部分——網(wǎng)格生成、求解和后處理——都采用并行計(jì)算,以最大限度地提高整個(gè)仿真過程的速度和計(jì)算量。由于采用并行計(jì)算,AIM使開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以快速分析多個(gè)設(shè)計(jì)方案,并評(píng)估高保真仿真模型,包括大型裝配體和非常詳細(xì)的幾何結(jié)構(gòu)。為了能夠給復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)快速生成高質(zhì)量網(wǎng)格,AIM采用并行的逐部件網(wǎng)格剖分方式,以便利用多個(gè)CPU內(nèi)核來生成網(wǎng)格。工程團(tuán)隊(duì)可使用多個(gè)CPU內(nèi)核將單個(gè)物理場(chǎng)和多場(chǎng)耦合解決方案進(jìn)行組合,以提高求解速度。每個(gè)求解器默認(rèn)支持兩個(gè)CPU內(nèi)核;對(duì)于大規(guī)模仿真而言,軟件可利用ANSYS HPC使用更多CPU內(nèi)核,以實(shí)現(xiàn)更大的仿真吞吐量。AIM后處理也可使用并行計(jì)算;包括針對(duì)所有物理量的GPU、CPU后處理加速技術(shù),以快速評(píng)估定量和定性結(jié)果。當(dāng)使用AIM評(píng)估產(chǎn)品設(shè)計(jì)的性能時(shí),工程師不必在速度、可靠性或精確度方面進(jìn)行折中考慮。

AIM的多場(chǎng)耦合仿真功能使仿真技術(shù)能夠用于多種工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中。

二、ANSYS Workbench 機(jī)械和電氣仿真分析

艱巨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

MCI 在機(jī)械和電氣方面面臨著極其艱巨的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。從機(jī)械上來說,我們的目標(biāo)是最大限度地減小器件應(yīng)力,確保器件能支持成千上萬次接觸,同時(shí)給接觸接口提供足夠的力支持,也就是最大化接觸的儲(chǔ)存應(yīng)變能功能來提高力支持(最大化通行距離上積累的力),從而確保每次接觸都能實(shí)現(xiàn)電氣連接。從電氣角度來看,我們的目標(biāo)是確保信號(hào)傳輸?shù)耐暾??；ヂ?lián)通常要在測(cè)試進(jìn)程中以極高的頻率工作,這就加大了電氣設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)要求通常會(huì)彼此沖突。例如,互聯(lián)添加額外材料可改進(jìn)疲勞性能,但卻會(huì)成為輻射高頻信號(hào)的天線,向鄰近引腳或ATE 中的其它電路系統(tǒng)擴(kuò)散。

Rosenberger 是高頻和光纖技術(shù)領(lǐng)域連接器解決方案的全球領(lǐng)先制造商。公司工程師面臨著雙重挑戰(zhàn),一方面要讓開發(fā)的設(shè)計(jì)方案滿足客戶的高標(biāo)準(zhǔn)性能要求,另一方面又要滿足嚴(yán)格的開發(fā)時(shí)限要求。滿足單個(gè)產(chǎn)品的目標(biāo),往往需要幾十次迭代。Rosenberger 每年都要設(shè)計(jì)好幾十款新產(chǎn)品。構(gòu)建和測(cè)試原型產(chǎn)品需要兩三個(gè)月,其中大多數(shù)時(shí)間都花在了構(gòu)建掩膜這一復(fù)雜昂貴的工藝上面。采用構(gòu)建測(cè)試法評(píng)估數(shù)十次迭代所需的時(shí)間約為6 年,大大超出了新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的正常時(shí)間安排(6 到8個(gè)星期)。因此,Rosenberger 采用ANSYS Mechanical 和 ANSYS HFSS 仿真工具在ANSYS Workbench 環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計(jì)迭代,滿足客戶的機(jī)械和電氣性能要求,同時(shí)確保足夠的穩(wěn)健性,以應(yīng)對(duì)制造變化的要求。由于能在統(tǒng)一環(huán)境中執(zhí)行完整的仿真進(jìn)程,這就降低了許可、培訓(xùn)和管理成本,同時(shí)也有望在未來針對(duì)電氣和機(jī)械屬性自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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機(jī)械和電氣仿真

采用AutoCad®、Ashlar Vellum ?軟件、SolidWorks® 或Pro/ENGINEER®等任意一款計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)套件,均可將互聯(lián)作為2D 部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。隨后可將其轉(zhuǎn)換為SolidWorks 3D 部件以設(shè)計(jì)包含多個(gè)互聯(lián)及其相關(guān)部件的裝配體,如連接器塊和印刷電路板(PCB)安裝硬件等。接觸的幾何結(jié)構(gòu)配置已發(fā)展到需要進(jìn)行FEA 分析,這時(shí)工程師應(yīng)導(dǎo)入SolidWorks 模型到ANSYS Workbench并定義靜態(tài)結(jié)構(gòu)項(xiàng)目。執(zhí)行大多數(shù)分析時(shí)是將分析類型設(shè)置為2D。機(jī)械工程師修改幾何結(jié)構(gòu),生成剛好足夠的壓力在器件被壓縮時(shí)實(shí)現(xiàn)電接觸,從而最大限度地減少部件應(yīng)力。最終配置采用3D 模型和3D 分析設(shè)置重新運(yùn)行。團(tuán)隊(duì)隨后可以將偏轉(zhuǎn)形狀(以上確定)轉(zhuǎn)化為偏轉(zhuǎn)形狀的3D CAD 模型。對(duì)于非常簡(jiǎn)單的模型來說,3D 模型可直接從Workbench 輸出。不過,對(duì)于較復(fù)雜的模型來說,偏轉(zhuǎn)幾何結(jié)構(gòu)要導(dǎo)出為矢量圖形文件。這份文件可用來創(chuàng)建載入/偏轉(zhuǎn)部件的SolidWorks 模型。

偏轉(zhuǎn)形狀的3D 模型隨后可載入HFSS 進(jìn)行電氣/ 電磁仿真。在HFSS中,根據(jù)客戶的應(yīng)用要求(例如上升時(shí)間、帶寬或者串?dāng)_),工程師通常先進(jìn)行從DC 到適當(dāng)上頻率的掃頻。工程師重點(diǎn)關(guān)注S 參數(shù),其可描述給定端口上的信號(hào)是如何散射并在其它端口退出,包括反射到相同端口、傳輸?shù)竭B接端口并耦合到其它端口。典型的目標(biāo)是S11 回波損耗為–15dB 而S21 性能為–1dB。HFSS 輸出通常導(dǎo)出到ANSYS Designer電路仿真器,通過讀取S 參數(shù)可生成時(shí)間域仿真,以評(píng)估數(shù)字通道的質(zhì)量。Rosenberger 團(tuán)隊(duì)通常生成眼圖來提供即時(shí)可視數(shù)據(jù),讓工程師用以檢查設(shè)計(jì)的信號(hào)完整性。將相鄰信號(hào)路徑添加到仿真中,以評(píng)估串?dāng)_的可能性,并根據(jù)客戶規(guī)范檢查復(fù)合反應(yīng)。

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