ANSYS Workbench 12, anteprima di alcune novità

Al fine di essere più organici nella presentazione delle nuove prestazioni abbiamo preferito dividere l’intero argomento in due sessioni, la prima, qui di seguito riportata, sintetizza organicamente gli “improvements” in materia di meshing e di modellazione geometrica, successivamente nella prossima news-letter, sarà dato spazio alle novità relative all’ANSYS core, inteso come sviluppo programmatico e metodologico delle soluzioni squisitamente matematiche del calcolo FEM.

ANSYS WORKBENCH
La soluzione ANSYS Mechanical unifica “tout cours” le tecnologie CAE relative ad analisi strutturali, termiche, CFD, acustiche e più in generale coupled physics nella piattaforma ANSYS Workbench.
La versione 12 di Workbench integra quindi i vari tools e apporta decisivi miglioramenti nelle singole tecnologie, consentendone un’ingegnerizzazione più ampia del problema tecnico. Questo processo è “il goal” del progetto Workbench 2 di cui la versione 12 è la prima release.

ANSYS MESHING PLATFORM
Cuore delle applicazioni FEM è senza dubbio l’ambiente di meshatura. La piattaforma meshing di ANSYS apporta, infatti, numerosi miglioramenti alla generazione della mesh stessa, mettendo a disposizione le migliori tecnologie provenienti da tools diversi, quali:

ANSYS Icem CFD;
Tgrid;
Gambit;
ANSYS CFX;
ANSYS PrepPost.

L’integrazione di queste tecnologie avviene attraverso applicazioni condivise o librerie, ed il meshatore può essere utilizzato stand-alone o come applicazione incorporata in tools di simulazione.

Physics Based Mesh
Nella pratica il modo di operare è il seguente: una volta stabilito la fisica del problema o la tecnologia che s’intende utilizzare, l’ambiente unificato di pre-processor attiva l’apposita tecnica di mesh e gli strumenti opportuni per impiegarla. In ambito strutturale, ad esempio, sono automaticamente attivati determinati controlli, sull’Aspect Ratio e sullo Jacobian Ratio degli elementi fra gli altri, a seconda che si voglia eseguire un’analisi lineare o non lineare.
Alcuni di questi metodi o controlli possono essere implementati anche sulle singole parti del modello considerato (physics controls at body level).

Figura 2 Mesh su un modello gasket

A tal proposito si aggiungono nuovi algoritmi per meshare modelli specifici, come i gasket ed i bolt, così come nuovi strumenti nel gestire la mesh dei contatti eventualmente implementati fra corpi rigidi. In Fig 2 la mesh generata su di un modello gasket.
Relativamente alla mesh in campo CFD è possibile dalla versione 12 selezionare nella stesa interfaccia il meshatore per Fluent, e quindi benificiare dei metodi e dei controlli che ne conseguono.

Metodi di Mesh
Il metodo di mesh implementato dal meshatore di Workbench si basa sul tipo d’analisi o sulla fisica del problema scelto (esplicito, CFD, ecc…) e sulla geometria del modello.
Per quanto riguarda le geometrie si è lavorato molto perché, in modo automatico, si realizzino mesh “sweeppate” con elementi esaedrici, laddove la precedente versione eseguiva mesh tetra, a meno di non “tagliare” in sottomodelli semplici la geometria stessa.

Figura 3 Il metodo multizone

A tal proposito il nuovo metodo di mesh “multizone” consente di realizzare automaticamente metodi di mesh differenti su zone diverse di un modello, s’intende senza dover precedentemente eseguire operazioni di slicing sulla geometria, attraverso un riconoscimento automatico delle caratteristiche morfologiche della singola parte (Fig.3).

È inoltre possibile, dalla versione 12 di ANSYS, aggiornare la geometria dei modelli presenti nell’ambiente di simulazione, mantenendo la mesh delle parti non soggette a cambiamenti. Questo procedimento rende molto più efficace il trasferimento dei dati fra gli ambienti CAD e ANSYS, abbassando il tempo necessario a rimeshare grandi assiemi.
A tal proposito si è verificato che, a parità di modello e di hardware, ANSYS12 riduce i tempi necessari alla realizzazione della mesh di oltre il 50% rispetto alla versione precedente.

Sizing L’utente ha adesso a disposizione un numero di controlli maggiore sulla taglia della mesh, potendo ad esempio controllarne con maggior efficacia l’infittimento in prossimità dei bordi o delle curvature delle superfici del modello. Il vantaggio che n’otteniamo è, fra gli altri, la possibilità di finalizzare mesh superficiali più regolari, evitando una concentrazione eccessiva degli elementi in particolari zone della geometria. (Fig. 4) Una volta eseguita la mesh l’utente può valutare la qualità della stessa con maggiore facilità e consapevolezza, grazie alla possibilità di leggere via interfaccia non solo il numero di nodi ed elementi del modello, ma anche i valori massimi, minimi e medi di quantità notevoli come l’Aspect ratio, lo Jacobiano e lo Warping Factor. (Fig 5)
	Figura 4 Mesh: Ansys 11 e Ansys 12 a confronto

	Figura 5 Mesh Metric

Defeauturing
Per semplificare un modello fem generalmente sì “ripulisce” la geometria in ambiente CAD dalle patch non necessarie al calcolo che s’intende eseguire (bordi, piccoli fori ecc.).
ANSYS Workbench ha delle funzioni e dei metodi di mesh che consentono di eseguire questo tipo di semplificazione direttamente nell’ambiente di simulazione agendo sulla mesh.
Ad esempio si possono utilizzare delle superfici “virtuali” che ricoprono superfici “reali” del modello per semplificare la mesh su dì esse (virtual topology); oppure è utilizzabile un metodo che consente di non caratterizzare la mesh su particolari patch della geometria (patch indipendent method).
ANSYS 12 aumenta l’efficacia e la robustezza di queste funzioni aggiungendone di nuove. La funzione di Pinch Feature ad esempio permette di guidare la mesh in modo da evitare che il modello nodi-elementi riproduca patch geometriche non desiderate. (Fig. 6)

Figura 6 Mesh: Pinch Feature

DESIGN MODELER
Il Design Modeler è lo strumento di modellazione geometrica di ANSYS Workbench.
Questo modulo si propone sia come un ambiente CAD indipendente, capace cioè di fornire all’utente tutti gli strumenti necessari alla modellazione parametrica tridimensionale, che come un’interfaccia tramite fra le geometrie esterne ad ANSYS, siano esse parametriche o non, e l’ambiente di simulazione Workbench. In questa ultima finalità il Design Modeler ha una serie di strumenti ad hoc per modificare, ripulire e rendere parametrici i modelli geometrici in esso importati.

Figura 7 Defeaturing di superfici e linee

Anche la versione 12 del Design Modeler presenta improvements e nuovi strumenti che lo rendono sempre più efficace rispetto alle caratteristiche sopra esposte. Di seguito ne sono presentate sinteticamente una parte.

Figura 8 Estrazione automatica del volume del fluido

Due degli ambiti su cui più si è lavorato sono il potenziamento delle funzioni di sketch, per rendere più agibile la modellazione 2D, e la possibilità di semplificare ulteriormente modelli di grosse dimensioni, permettendo la mergiatura di superfici e bordi complessi, oppure disponendo di tools che rilevano e rimuovono automaticamente piccole linee e faccie, fori o spigoli acuti. (Fig. 7) In ambito CFD spesso si ricorre a funzioni d’estrazioni dei domini bagnati all’interno dei modelli solidi. Il Design Modeler ha una funzione ad hoc per quest’operazione: l’operatore fill. Nella versione 12 è ormai possibile realizzare l’estrazione descritta anche partendo da geometrie complesse (Fig 8).

La versione 12 del Design Modeler apporta inoltre notevoli miglioramenti alla modellazione con superfici e line-body. Finalmente sarà possibile ad esempio impostare l’offset delle beam, rispetto alla cross-section scelta, direttamente in interfaccia e visualizzare l’eventuale sezione definita dall’utente.

Figura 9 Modello utilizzato per confrontare i tempi nella esportazione della geometria e nella generazione della mesh tra ANSYS11 ed ANSYS 12.

Per concludere, relativamente a quanto già detto per la mesh, anche il processo di lettura ed esportazione della geometria è stato ulteriormente velocizzato rispetto alla versione 11. A tal riguardo si è effettuato un test-case; per il modello di Fig 9, i tempi d’esportazione della geometria e di meshatura sono scesi rispettivamente del 77% e del 55% utilizzando la nuova release 12.

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