Modellerstellung

Grundlage einer numerischen Strukturberechnung ist ein zwei- oder dreidimensionales CAD-Modell der zu untersuchenden Bauteile oder Bauteilgruppen. In Ansys können bestehende CAD-Modelle importiert und simulationsgerecht aufbereitet werden. Alternativ können neue CAD-Modelle mit Hilfe der Ansys-Software erstellt werden. Im zweiten Schritt der numerischen Strukturberechnung werden die Bauteile vernetzt und damit in viele kleine Teilvolumina aufgeteilt, die die örtliche Diskretisierung darstellen. Je feiner die Vernetzung, desto genauer, aber auch aufwändiger ist die Lösung.

Ansys bietet für diese beiden ersten Arbeitsschritte einer numerischen Simulation leistungsfähige Programme, welche sich durch Benutzerfreundlichkeit und intuitive Bedienung, technisch ausgereifte und robuste Algorithmen sowie einen hohen Grad an Automatisierung auszeichnen.

Die Erstellung beziehungsweise Aufbereitung eines CAD-Modells für eine numerische Simulation erfordert spezielle Fähigkeiten der Software zur Geometrieaufbereitung, um den spezifischen Anforderungen unterschiedlicher Berechnungsverfahren gerecht zu werden. So müssen oftmals übermäßige Detaillierungen der CAD-Modelle entfernt (Defeaturing), Überschneidungen von Körpern korrigiert oder nicht vorhandene Details hinzugefügt werden (beispielsweise Schließen von Schweißspalten). Hierzu steht Ihnen innerhalb von Ansys das Programmpaket Ansys Discovery Modeling zur Verfügung. Damit haben Sie Zugriff auf Ansys DesignModeler, Ansys SpaceClaim Direct Modeler und Discovery Geometry. Ebenso wird damit der Import einer Vielzahl von Geometrie-Schnittstellen bzw. nativer CAD-Formate zur Verfügung gestellt.


Ansys Produkte zur Modellerstellung

Für die Modellerstellung und Aufbereitung von CAD-Modellen bietet Ansys den DesignModeler, Ansys SpaceClaim und Discovery. Diese Tools sind speziell für strömungsmechanische und strukturmechanische Berechnungen optimiert worden. Vollständig integriert in die Ansys Workbench sind sie hervorragend geeignet, um effizient und zuverlässig Designvarianten auf Grundlage parametrisierter CAD-Modelle zu erstellen und strömungs- und strukturmechanisch zu optimieren.

Bestehende CAD-Modelle können in den folgenden Formaten importiert und bearbeitet werden:

  • ACIS (*.sat, *.sab)
  • AutoCAD (*.dwg, *.dxf)
  • Autodesk Inventor (*.ipt, *.iam)
  • Ansys BladeGen (.bgd)
  • CATIA V4/V5/V6 (*.model, *.exp, *.CATPart, *.CATProduct, *.cgr, *.3dxml)
  • Creo Elements / Direct Modeling
  • Creo Parametric (*.prt, *.asm, *.xpr, *.xas)
  • Fusion 360 (*.f3d, *.f3z)
  • Parasolid /STEP/IGES (*.x_t, *.xmt_txt, *.x_b, *.xmt_bin,*.stp, *.step,*.igs, *.iges)
  • Revit (*.rvt, *.rfa)
  • Rhino (*.3dm)
  • JT Open (*.jt)
  • Monte Carlo N-Particle (*.mcnp)
  • NX (*.prt)
  • Solid Edge (*.par, *.psm, *.asm)
  • SolidWorks (*.sldprt, *.sldasm)
  • SketchUp (*.skp)
  • VDA-FS (*.vda)

Features:

  • Erstellen und Modifizieren von CAD Modellen, Extraktion von Mittelflächen und Geometrievereinfachung für die numerische Simulation
  • Reparieren von Geometriefehlern, Extraktin von Balken und Zusammenführen von Baugruppen
  • Vorbereitung von STL Daten für den 3D-Druck
  • Nutzung von Scan-Daten für Reverse Engineering
  • Erstellen, Importieren und Anpassen von Blechbauteilen

Bi-Direktionale Schnittstellen

Ansys bietet eine hervorragende Anbindung an gängige CAD-Programme. Damit ist gewährleistet, dass Ihre CAD-Modelle ohne durch Austauschformate verursachte Übertragungsfehler in die Berechnung übernommen werden. Desweiteren bieten diese Schnittstellen die Möglichkeit, Parameter der Konstruktion zwischen CAD und Ansys bi-direktional auszutauschen. Vom Konstrukteur parametrisierte Abmessungen können so in der Berechnung optimiert werden um anschließend automatisch das CAD-Modell zu aktualisieren.

CAD-Modelle können in Ansys über folgende bi-direktionale Schnittstellen eingebunden werden:

  • AutoCAD Associative Geometry Interface (*.dwg, *.dxf)
  • Autodesk Inventor Associative Geometry Interface (*.ipt, *.iam)
  • CATIA V5 Associative Geometry Interface (*.CATPart, *.CATProduct)
  • Creo Parametric Associative Geometry Interface (*.prt, *.asm)
  • NX Associative Geometry Interface
  • Solid Edge (*.par, *.asm, *.psm, *.pwd)
  • SolidWorks Associative Geometry Interface (*.sldprt, *.sldasm)

Neben der Auswahl der Berechnungsverfahren hat die Vernetzung einen großen Einfluss auf die Ergebnisqualität und den Berechnungsaufwand (Zeit und Hardwareressourcen) sowohl von strömungsmechanischen als auch strukturmechanischen Simulationen. Grobe Rechengitter erzielen schnelle Ergebnisse, bilden aber unter Umständen nicht alle Eigenschaften der Geometrie (Verrundungen, Fasen, Spalte) beziehungsweise der Lösung (Geschwindigkeits-/Spannungsgradienten) hinreichend genau ab. Zu feine Netze wiederum können den Berechnungsaufwand nach oben treiben und eine numerische Berechnung zu kostspielig werden lassen. Ansys-Software bietet dem Anwender alle dem aktuellen Stand der Technik entsprechenden Vernetzungsalgorithmen und erlaubt es dadurch, den für spezifische Modelle und Projektanforderungen jeweils bestmöglichen Kompromiss zwischen Genauigkeit, Rechenzeit und manuellem Vernetzungsaufwand zu finden.


Ansys Meshing

Ansys Meshing erzeugt automatisiert qualitativ hochwertige, unstrukturierte Rechengitter mit Dreiecks-, Vierecks-, Tetraeder-, Prismen-, Pyramiden- und Hexaeder-Elementen auch für komplexe Geometrien. Dabei erkennt Ansys Meshing automatisch relevante Eigenschaften der Geometriemodelle (Spalte, Krümmungen) und verfeinert dort das Netz bis zu einem definierten Kriterium. Dadurch ist eine ausreichende Netzfeinheit auch bei automatisierter Vernetzung einer komplexen Geometrie gegeben. Aufgrund des hohen Automatisierungsgrades und der Integration in die Ansys Workbench eignet sich Ansys Meshing hervorragend zur Durchführung von automatisierten Sensitivitätsanalysen und Optimierungen auf Basis von parametrisierten Geometriemodellen.
Strukturierte Hexaeder-Netze können mit Hilfe von Sweep- oder Multizone verfahren erstellt werden. Dies trifft auf Bauteile zu, die oftmals geometrisch einfach zu beschreiben sind.

Prismen-Schichten: Oftmals weist das Ergebnis der Berechnung starke Gradienten in wandnormaler Richtung auf. Beispiele hierfür sind die Grenzschichten in Strömungen und die Spannungsgradienten in Bauteilen an Krümmungen und Kerben. Tetraeder-Elemente sind kaum geeignet, diese Gradienten effizient, das heißt mit einer akzeptablen Anzahl an Elementen, wiederzugeben. Ansys Meshing bietet deshalb die Möglichkeit, automatisiert Prismen-Elemente an den Wänden zu erzeugen. Dabei wird das Oberflächengitter normal zur Wand extrudiert, wobei Ansys Meshing eigenständig darauf achtet, dass sich ein gleichmäßiger Übergang von Prismen- zu Tetraeder-Elementen ergibt.

Krümmungsabhängige Vernetzung: Ansys Meshing bietet die Möglichkeit die Netzauflösung automatisch an die lokale Krümmung von Kurven und Flächen anzupassen. Damit wird eine möglichst exakte und effiziente Auflösung des Rechengitters gewährleistet.

Netzverbindungen: Bei der Verwendung von Balken und Schalenkörpern ist es mit Ansys Meshing möglich eine Verbindung zwischen den Bauteilen auf Netzeben automatisch erstellen zu lassen. Damit sparen Sie sich einen großen zeitlichen Aufwand diese Verbindungen händisch in der Geometrie zu erstellen oder über Kontakte zu definieren. 

Automatische Netzverfeinerung: Während der Lösung einer strukturmechanischen Simulation kann das Programm Bauteilstellen mit großen Verformungs- und Spannungsgradienten erkennen und dort automatisch das unstrukturierte Netz durch eine Verfeinerung anpassen. Damit können Konvergenzproblemen und Lösungsungenauigkeiten entgegengewirkt werden.

Erkennung von Spalten und tangentialen Ausläufen: Ansys Meshing erkennt bei der Vernetzung automatisch Engstellen und verfeinert dort das Netz bis zu einer gegebenen Anzahl von Elementen über der Spalthöhe. Der Benutzer wird dadurch von der manuellen Definition der Elementgröße an diesen Stellen befreit. Tangentiale Ausläufe werden bis zu einem definierten Abbruch-Kriterium vernetzt.