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ANSYS für Multiphysik und Systemsimulation

ANSYS Produkte für Multiphysik und Systemsimulation erlauben die Analyse komplexer multiphysikalischer Systeme mittels Kopplung unterschiedlicher physikalischer Disziplinen auf Feld- und Systemebene (Feld- und Terminalkopplung).

Zahlreiche Fragestellungen lassen sich durch die Beschreibung einzelner physikalischer Effekte nicht genau genug beantworten. In solchen Fällen bietet ein domänenübergreifendes Simulationsmodell die Möglichkeit, das reale Verhalten exakt abzubilden. Um komplexe Produkte zuverlässig zu untersuchen, hält das Multiphysik-Portfolio von ANSYS bewährte Verfahren und Lösungen bereit, die sich zu starken Werkzeugen kombinieren lassen.

Typische Anwendungen

Stromtragfähigkeit elektrischer Leiter, deren Eigenschaften vom elektrischen Stromfluss, dem thermischen Widerstand und der mechanischen Deformation (Kontakt) abhängen und die sich auch untereinander beeinflussen, so etwa Steckverbinder, Kabel oder Wicklungen.

Generatoren, E-Motoren und Transformatoren, die aufgrund elektromagnetischer Kräfte mechanisch schwingen und dadurch unerwünschten Schall abstrahlen: In einem durchgängigen Workflow sind Magnetfelder, Mechanik und Akustik direkt miteinander verknüpft.

Kontrolliertes Strömungsverhalten unter Wechselwirkungen mit mechanischen Strukturen (Fluid-Struktur-Interaktion, FSI) wie beispielsweise das Öffnen und Schließen von Lamellenventilen im Fluidstrom oder die Blutströmung in Venen und Arterien, die sich aufgrund von Druckimpulsen weiten.

Robuste Fertigungsverfahren wie etwa das Schweißen (elektrisches Feld, Temperaturfeld, Mechanik), die induktive Erwärmung (Magnetfeld, Temperatur) und die magnetische Umformung (Magnetfeld, Mechanik).

Terminalkopplung

Manche dynamische Systeme lassen aufgrund der Vielzahl und Komplexität ihrer Komponenten keine vollumfängliche Feldkopplung zu. Dann hilft die Terminalkopplung, die Wechselwirkungen sowie ausgewählte Effekte effizient zu beschreiben und das Zusammenspiel der Komponenten zu optimieren. Dabei werden die Ergebnisgrößen zwischen den Komponenten über sogenannte Terminals übertragen, meist in integraler (konzentrierter) Form. Am häufigsten ergeben sich solche Modellierungen in der Mechatronik.

Ein paar Beispiele:

  • Antriebsstränge und Positioniersysteme mit mechanischen und/oder elektrischen Motoren sowie Transmission und Regelungslogik 
  • Werkzeugmaschinen mit mechanisch schwingenden Strukturbauteilen, elektrischen oder hydraulischen Antrieben und einer Regelung mit Mikrocontroller und Embedded Software
  • Windkraftanlagen mit Anströmung der Rotorblätter, der Übertragung im Getriebe sowie der Energieumwandlung im Generator und Umrichter

 

Feldkopplung

Stehen bei der Analyse die räumliche Verteilung von Feldgrößen wie Kräfte oder Verluste und deren Kopplung im Vordergrund, nutzt ANSYS die Feldkopplung auf Matrix- oder Lastvektorebene. Ein Verfahren, das sich in der Produktentwicklung seit Langem etabliert hat.

  • Die Matrixkopplung bildet die benötigten physikalischen Domänen (Mechanik, Temperatur, Magnetfeld usw.) über ein gemeinsames Modell mit entsprechenden Freiheitsgraden ab. Das führt speziell bei stark gekoppelten Phänomenen zu einer höheren Konvergenzgeschwindigkeit und Robustheit der Lösung.

  • Die Lastvektorkopplung verknüpft Simulationen verschiedener Domänen (Strömung, Magnetfeld, Mechanik usw.) durch automatisierten Datenaustausch und bietet beim Modellieren in einzelnen Teildisziplinen größtmögliche Flexibilität. Für Anwendungen mit weniger starker Kopplung ermöglicht die automatische Interpolation zwischen unterschiedlichen Netzen eine deutliche Beschleunigung der numerischen Simulation.

 

Leistungsmerkmale

Best-in-Class-Lösungen zur Simulation von Mechanik, Fluiden, Temperatur und Elektromagnetismus, die ihre jeweiligen Stärken durch Kombination besonders gut zur Geltung bringen.

Umfassende Technologien zur Kopplung physikalischer Disziplinen und Entwicklungsbereiche wie Mechanik, Temperatur, Strömung, elektromagnetische Felder, MCAD, ECAD und Embedded Software: Für die Produktbeschreibung können skalierbare Modelle genutzt werden, die von Nano bis Kilo reichen (Die – Mikrochip – Leiterplatte – Gerät / Ölfilm – Gleitlager – Getriebe – Antriebsstrang – Fahrzeug).

Offene Schnittstellen und Standards für flexible Arbeitsprozesse und maximalen Investitionsschutz für Software und anwendungsbezogenes Know-how.

Einheitliche Softwarephilosophie, die Ausbildung, Nutzung und Lizenzierung erleichtert.

Qualifizierte Unterstützung durch Experten für einzelne Fachgebiete sowie deren effektive Zusammenarbeit auf Basis einer integrierten Entwicklungsumgebung – alles aus einer Hand.

ANSYS Module

Für gekoppelte Aufgabenstellungen bietet ANSYS drei Klassen von Softwaremodulen:

Diese Softwaremodule vereinen als Einzelprodukt bereits wesentliche Vorteile der Feldkopplung.

Diese Softwaremodule bieten eine Feldkopplung durch Kombination mehrerer Produkte. Dabei lassen sich die Stärken der einzelnen Löser gezielt einsetzen, was einen modularen Arbeitsprozess über die gesamte Anwendungsbreite ermöglicht.

Softwaremodule zur Systemsimulation mittels Terminalkopplung: Durch die Integration in ANSYS Workbench verbinden sich die Vorteile der klassischen Systemsimulation (Komplexität rechenbarer Systeme, Geschwindigkeit) mit denen der 3D-Feldsimulation (realitätstreue, sichere Modellbildung).

eCADFEM – Simulation as a Service

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