ANSYS Workbench 机械和电气仿真分析介绍

2017-02-12 by:CAE仿真在线来源:互联网

一、首先介绍 ANSYS Workbench

直观的用户体验

ANSYS AIM提供现代化的直观用户体验,使所有工程师都能在整个产品开发过程中根据仿真制定设计决策。该用户环境为仿真新手和临时用户简化了单个物理场、多个物理场以及多场耦合的仿真设置、运行与结果评估流程。AIM的仿真流程核心是仿真过程模板。模板可针对单个物理场和涉及多个物理场仿真的应用定义基于任务的工作流程。模板能让初学者和不熟练的用户快速学习并利用仿真来指导设计决策。AIM用户界面还提供很多视觉提示,以引导用户完成仿真过程的各个步骤,并对需要用户注意的输入进行建模。在整个仿真过程中,AIM的综合帮助系统提供大量视频内容和有用信息来帮助用户更容易理解工程术语。该帮助系统可以帮助用户更加熟悉仿真过程。

底层求解器和网格剖分技术是以可靠的ANSYS 技术为基础;这些技术都经过了世界上最严格的客户开发和验证。

仿真工作流程的定制化

ANSYS AIM用户环境基于可方便定制的Workbench平台,提供相应工具来编制脚本和定制环境,以实现仿真工作流程的自动化。对于很多拥有大规模设计团队的公司来说,CAE方法小组可以定义仿真最佳实践和标准的工程仿真工作流程。为了更加方便地支持设计团队部署仿真技术,AIM允许根据组织机构的具体仿真过程创建定制化模板。定制模板和自动化工作流程使CAE方法团队能够获得工程仿真知识,并为设计团队在设计过程中使用仿真技术提供专家指导。在整个设计团队中推广仿真能加速产品创新和产品上市时间,从而实现稳定可靠的创新产品。

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经过验证的高性能仿真

在如今快节奏的产品设计环境中,设计周期比较短,而且各公司要求快速获得精确的仿真结果。ANSYSA IM提供经过验证、精确、可扩展的工程仿真技术,能够充分满足上述要求。尽管AIM的图形用户界面和用户体验是全新的,但其基本的求解器和网格剖分技术却是以经过检验的ANSYS技术为基础,这些技术面向世界上要求最严格的客户开发并且已经得到了验证。

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AIM仿真工作流程的所有组成部分——网格生成、求解和后处理——都采用并行计算,以最大限度地提高整个仿真过程的速度和计算量。由于采用并行计算,AIM使开发团队可以快速分析多个设计方案,并评估高保真仿真模型,包括大型装配体和非常详细的几何结构。为了能够给复杂几何结构快速生成高质量网格,AIM采用并行的逐部件网格剖分方式,以便利用多个CPU内核来生成网格。工程团队可使用多个CPU内核将单个物理场和多场耦合解决方案进行组合,以提高求解速度。每个求解器默认支持两个CPU内核;对于大规模仿真而言,软件可利用ANSYS HPC使用更多CPU内核,以实现更大的仿真吞吐量。AIM后处理也可使用并行计算;包括针对所有物理量的GPU、CPU后处理加速技术,以快速评估定量和定性结果。当使用AIM评估产品设计的性能时,工程师不必在速度、可靠性或精确度方面进行折中考虑。

AIM的多场耦合仿真功能使仿真技术能够用于多种工业应用领域中。

二、ANSYS Workbench 机械和电气仿真分析

艰巨的设计挑战

MCI 在机械和电气方面面临着极其艰巨的设计挑战。从机械上来说,我们的目标是最大限度地减小器件应力,确保器件能支持成千上万次接触,同时给接触接口提供足够的力支持,也就是最大化接触的储存应变能功能来提高力支持(最大化通行距离上积累的力),从而确保每次接触都能实现电气连接。从电气角度来看,我们的目标是确保信号传输的完整性。互联通常要在测试进程中以极高的频率工作,这就加大了电气设计挑战。机械和电气设计要求通常会彼此冲突。例如,互联添加额外材料可改进疲劳性能,但却会成为辐射高频信号的天线,向邻近引脚或ATE 中的其它电路系统扩散。

Rosenberger 是高频和光纤技术领域连接器解决方案的全球领先制造商。公司工程师面临着双重挑战,一方面要让开发的设计方案满足客户的高标准性能要求,另一方面又要满足严格的开发时限要求。满足单个产品的目标,往往需要几十次迭代。Rosenberger 每年都要设计好几十款新产品。构建和测试原型产品需要两三个月,其中大多数时间都花在了构建掩膜这一复杂昂贵的工艺上面。采用构建测试法评估数十次迭代所需的时间约为6 年,大大超出了新产品设计的正常时间安排(6 到8个星期)。因此,Rosenberger 采用ANSYS Mechanical 和 ANSYS HFSS 仿真工具在ANSYS Workbench 环境中进行设计迭代,满足客户的机械和电气性能要求,同时确保足够的稳健性,以应对制造变化的要求。由于能在统一环境中执行完整的仿真进程,这就降低了许可、培训和管理成本,同时也有望在未来针对电气和机械属性自动优化设计。

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机械和电气仿真

采用AutoCad®、Ashlar Vellum ™软件、SolidWorks® 或Pro/ENGINEER®等任意一款计算机辅助设计套件,均可将互联作为2D 部件进行设计。随后可将其转换为SolidWorks 3D 部件以设计包含多个互联及其相关部件的装配体,如连接器块和印刷电路板(PCB)安装硬件等。接触的几何结构配置已发展到需要进行FEA 分析,这时工程师应导入SolidWorks 模型到ANSYS Workbench并定义静态结构项目。执行大多数分析时是将分析类型设置为2D。机械工程师修改几何结构,生成刚好足够的压力在器件被压缩时实现电接触,从而最大限度地减少部件应力。最终配置采用3D 模型和3D 分析设置重新运行。团队随后可以将偏转形状(以上确定)转化为偏转形状的3D CAD 模型。对于非常简单的模型来说,3D 模型可直接从Workbench 输出。不过,对于较复杂的模型来说,偏转几何结构要导出为矢量图形文件。这份文件可用来创建载入/偏转部件的SolidWorks 模型。

偏转形状的3D 模型随后可载入HFSS 进行电气/ 电磁仿真。在HFSS中,根据客户的应用要求(例如上升时间、带宽或者串扰),工程师通常先进行从DC 到适当上频率的扫频。工程师重点关注S 参数,其可描述给定端口上的信号是如何散射并在其它端口退出,包括反射到相同端口、传输到连接端口并耦合到其它端口。典型的目标是S11 回波损耗为–15dB 而S21 性能为–1dB。HFSS 输出通常导出到ANSYS Designer电路仿真器,通过读取S 参数可生成时间域仿真,以评估数字通道的质量。Rosenberger 团队通常生成眼图来提供即时可视数据,让工程师用以检查设计的信号完整性。将相邻信号路径添加到仿真中,以评估串扰的可能性,并根据客户规范检查复合反应。

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