■ 複合材料結構

為減少複雜產品的重量或提升複雜產品的剛度，各行各業對複合材料部件的需求在不斷增長。雖然許多複合材料可以高效建模為薄型結構，但諸如渦輪葉片或壓力容器等複雜幾何結構需要進行3D模型的設置。此外，還需要採用高級材料模型來更加精確地為複合材料建模。而且需要在使用者友好的環境中提供所有這些功能和特性，以避免在已經相當複雜的問題再添上建模複雜性。

技術說明

16.0可提供更高級的3D建模功能，能夠更方便地將幾何結構用於3D複合材料成形並在結構邊界和下降區使用適當的3D單元形狀創建整潔的3D模型。此外，16.0還可提供高級材料屬性，包括切變依賴性和用於模擬矩陣中的空隙等局部缺陷的排除因數（knock-off factors）。最後，在Mechanical環境中可以觀察到複合材料鋪層的更多詳細資訊，有助於瞭解模型，且無需借助ACP Post即可掌握各層上標準結果的後處理。

▲ 複雜3D複合材料幾何結構

▲ 空隙和懸垂角對材料屬性的影響

■ 超彈性材料

許多產品都會使用橡膠密封圈或減震器。橡膠是一種複合材料，其最具代表性的特點是遵循高度非線性的超彈性物質規律。密封圈與其它部件接觸，可能會嚴重變形。這兩個因素進一步增大了模擬的複雜性。因此需要使用穩健的接觸模擬、材料模型和工具來處理嚴重變形問題，才能高效地模擬此類部件或系統。

技術說明

16.0能夠提升接觸演算法的穩健性和效率，通過更理想的預設設置為用戶的使用操作提供方便。由此，使用者就能節省設置模型以及求解的時間。對於嚴重變形而言，16.0還在Mechanical中提供了自我調整網格重新劃分，這樣有助於在求解過程中對模型的嚴重變形部分進行網格重整，而無需用戶手動停止模擬，進行網格修正操作。

■ 裝配式結構建模

用薄腹板製作的結構被廣泛應用於工業設備（外殼、起重機等）以及列車、輪船等交通工具中。與3D結構相比，它們涉及一系列不同的網格劃分問題。由於此類結構的體積可能非常龐大，比如海上平臺，為提高設置效率，用戶可能會考慮先在子裝配體上工作。然後他們需要將不同的部件裝配起來，建立完整結構的模型。此外，一些製造商可能還想模擬焊接工作，以評估其結構是否能正確裝配。

技術說明

16.0為裝配式結構設計人員提供了一系列增強功能。16.0最重要的部分是為方便此類結構的網格剖分提供了豐富的網格劃分工具。其中包括：

▶ 使用新演算法改進網格品質和正交性；
▶ 無需共用拓撲結構即可改善網格連接和節點合併，以實現部件的連接（固體、薄板或線體）；
▶ 提供用於優化網格劃分的診斷和編輯工具，具備依品質為網格著色和在幾何結構上移動節點的功能。

裝配各種模型的功能在性能和模型覆蓋面上均得到了顯著改善。現在可以導入像接觸這樣的項目。模型可以依照來源進行分組，便於用戶確定裝配體的各種元件模型。此外，還為使用者提供了幾何結構預覽，以便在啟動最終裝配流程之前方便地安置各部件。

ANSYS DesignModeler提供全新焊接功能，可在部件之間生成焊接點，以便為焊接分析提供正確的網格。

▲ 使用網格連接功能實現的駁船全連接網格

▲ 新功能範例

■ 渦輪振動

渦輪的設計需要考慮多個物理場因素，比如流體、熱或結構。要全面掌握渦輪的使用壽命，需要結合多個不同的領域。目前日常使用的空氣動力學方法仍然嚴重依賴簡化、縮減法和低保真的模擬分析。一大障礙是工作流程瓶頸：從一個系統獲取資料、轉換資料，然後在另一個系統中使用該資料。客戶常常需要使用六面體網格來實現更高精確度，但這會給網格生成帶來障礙。

這方面的實例包括需要判斷壓力場對渦輪振動的影響，尤其是葉片失諧造成的影響。失諧產生的原因是製造出的葉片在品質或者剛度上不一致，導致整個渦輪存在缺陷，從而最終影響渦輪的使用壽命。

技術說明

借助16.0，用戶現在可以對葉片旋轉機械元件的強制回應使用簡化工作流程，將CFD與FEM連結起來以應對調諧或失諧強制回應。在每個階段均可使用高保真解，而無需使用簡化性假設和限制性方法。此外，手動步驟也可用可驗證的自動化步驟加以替代。CFD和FEM均通過利用求解場的環狀對稱性質，實現快速而準確的求解。

六面體和四面體的網格劃分功能也得到了改進，從而更便於生成高品質的網格。網格診斷、網格編輯和模型裝配方面的增強功能也更加有助於解決工作流程瓶頸方面的問題。

最後，強制回應計算功能還提供用於快速抽取振動應力和應變的工具，尤其是高迴圈疲勞度和使用壽命計算所需的等效值（Von Mises）和主值。

▲圖片顯示的是NASA Rotor 67風扇在進氣變形情況下的強制回應分析映射結果

■ 接觸建模

對部件間的接觸進行建模目前基本上已是每位結構工程師需要解決的問題。ANSYS Mechanical一直提供先進的接觸建模功能，無論是在求解器層面，還是在使用者介面層面，都具備自動接觸檢測、高穩健性預設設置等功能。這是大多數模擬取得成功的關鍵所在，並且這些功能應盡可能地易於使用，同時還應兼具高穩健性，以避免發生收斂問題。

技術說明

16.0是ANSYS解決接觸問題的又一項里程碑。該版本的大部分工作在求解器上完成。因此用戶現在可以更加放心地使用預設設置，因為預設設置可以保證絕大多數情況下的收斂。同時使用者還能觀察到接觸計算速率提高2~5倍。

此外，我們還發佈了一項通用接觸功能，可以進一步簡化接觸定義，特別是在帶有大量部件的裝配體需要安裝到手機或其它電子設備等小型設備中的情況下更為如此。

16.0讓我們成為接觸建模的領先者，因為我們只需很少的用戶輸入就能實現快速、高精確度收斂。這有助於我們替換各個層面上的其它同類競爭產品，從CAD嵌入式工具到其他的高端工具，各個擊破。

▲接觸建模新功能示例

■ 更快更穩健的模擬

工程師需要運行和收斂速度更快的模擬。任何時候用戶都不得不長時間等待或者手動控制模擬等來確保收斂，這樣用戶就會損失寶貴的時間。為避免這種情況發生，ANSYS堅持開發精確穩健的模擬技術，從而幫助工程師更快速地評估更多設計思路，實現高穩健的產品性能，同時降低質保和維護成本。

技術說明

隨著16.0的發佈，ANSYS通過提高結構機械模擬的效率和穩健性，繼續推動這一軟體的持續發展。具體如下：
? 求解器數值分析領域的重大改進可實現更快、更穩健的模擬：
? 已進行大量變更以改善非線性分析的收斂。
? 已對疏鬆陣列求解器進行強化，可讓更多工作在內核中進行，提高了求解器性能。
? 在分散式記憶體平行計算方面進行大量改進：
? 隨著16.0的重大改進，域分解步驟得到進一步完善，可實現更快的性能和更理想的縮放比例，特別是在使用更高內核數的情況下更為如此。
? 新增多項功能，例如支援慣性釋放、QRDAMP特徵值抽取法（在模態分析中）和模態疊加法（在諧諧回應和瞬態分析中）。
? 添加新功能以利用最新的硬體計算技術：
? 用戶可在Windows和Linux平台上使用單個或多個Intel Xeon Phi輔助處理器為共用記憶體和分散式記憶體並行模擬加速。注意這是對R15.0的重大擴展，R15.0僅支持在Linux上的SMP模擬。例如，把一個Xeon Phi添加到1-8個計算內核，可將模擬速度平均提高2倍，尤其是對較大規模的模型而言。
? 借助更新的Intel編譯器，在最新一代Intel Xeon“Haswell”處理器上使用16.0與使用15.0相比，可將性能平均提升10%。反覆運算求解器和直接求解器的基準測試運行速度比前一代處理器晶片（即Sandy Bridge）分別平均快20%和40%。

▲在Windows 7工作站的一系列計算核心上運行的渦輪模型（大約320萬個DOF）， 比較使用和不使用Intel Xeon Phi輔助處理器，都能提高內核求解器性能。 注意在使用Intel Xeon Phi輔助處理器時，性能提升更顯著。