ANSYS優化仿真的案例
ANSYS Workbench傳動軸優化靜力學仿真 ￥19.89
</p><p><br></p><p>2 Ansys workbench有限元分析軟件</p><p>在ANSYS 7.0版本問世之前，ANSYS公司致力于研發其核心產品ANSYS。這一版本通過其仿真效果的卓越和效率的顯著，贏得了工程界的廣泛贊譽。然而，盡管取得了如此成就，該版本在仿真模擬操作方面存在明顯的不足，即用戶必須通過編寫復雜的程序才能進行仿真，這限制了其在工程領域的普及應用。</p><p>隨著ANSYS公司成功推出ANSYS Workbench這一新型號，局面發生了轉變。ANSYS Workbench以其創新的用戶界面和工作流程，簡化了仿真過程，極大地提升了用戶體驗，因此迅速被廣泛應用，其普及程度甚至超越了傳統的ANSYS經典版本。目前，ANSYS Workbench已經發展到24.0版本，繼續引領著行業的進步。</p><p>ANSYS Workbench作為一個先進的仿真平臺，具備分析和模擬復雜機械系統的能力。它涵蓋了結構靜力學、結構動力學、剛體動力學、流體動力學、結構熱力學、電磁場分析以及多物理場耦合分析等多個領域。這些功能使得工程師能夠對機械系統進行全面的性能評估，從而優化設計，提高產品的可靠性和性能。</p><p>在結構靜力學方面，ANSYS Workbench能夠模擬材料在靜態載荷下的響應，包括應力、應變和位移等參數。在結構動力學分析中，該平臺可以模擬結構在動態載荷下的行為，如振動和疲勞。剛體動力學分析允許工程師研究物體在受到力和扭矩作用時的運動情況。</p><p>流體動力學模塊使工程師能夠模擬液體或氣體在各種條件下的流動行為，這對于設計高效的流體傳輸系統至關重要。結構熱力學分析則關注材料在熱載荷下的行為，包括熱膨脹和熱應力。
展開 PIDO智能仿真 | Ansys optiSLang實現仿真流程集成與多學科優化
PIDO流程概覽
下面為大家呈現一個客戶案例——某企業PET塑料瓶自動化優化設計流程。本案例的出發點是滿足瓶子性能要求的前提下，通過構建PIDO流程，自動探索最低成本的塑料瓶加工方案。
塑料瓶自動化優化設計流程的實現過程如下：
以塑料甲方提出的性能指標為輸入，通過Ansys Mechanical集成于optiSLang實現結構優化設計，得到塑料瓶的最小厚度；
以最小厚度為輸入，通過Ansys Polyflow 集成于optiSLang進行吹塑過程優化設計，得到模具的初始溫度；
以初始溫度為輸入，通過Ansys Fluent集成于optiSLang進行加熱環境優化，得到加熱器的最優功率分配；
通過Excel進行人工、電力、材料等成本計算，并通過Ansys optiSLang構建自動化仿真設計流程。
通過構建塑料瓶自動化仿真設計流程，該企業最終實現材料成本和電費成本的大幅降低，18個工廠一年節省成本達到1,860萬美金。
某企業PET塑料瓶自動化優化設計流程
此外，備受繁重仿真設計任務和大量重復性工作的困擾，開發企業的專用APP就愈顯重要。用戶還可以采用Ansys optiSLang的Web application功能，將復雜的設計流程構建成企業特有的APP，大幅降低仿真應用的難度，從而實現非仿真專家中復用推廣。
展開 PIDO智能仿真 | Ansys optiSLang實現仿真流程集成與多學科優化
塑料瓶自動化優化設計流程的實現過程如下：
以塑料甲方提出的性能指標為輸入，通過Ansys Mechanical集成于optiSLang實現結構優化設計，得到塑料瓶的最小厚度；
以最小厚度為輸入，通過Ansys Polyflow 集成于optiSLang進行吹塑過程優化設計，得到模具的初始溫度；
以初始溫度為輸入，通過Ansys Fluent集成于optiSLang進行加熱環境優化，得到加熱器的最優功率分配；
通過Excel進行人工、電力、材料等成本計算，并通過Ansys optiSLang構建自動化仿真設計流程。
通過構建塑料瓶自動化仿真設計流程，該企業最終實現材料成本和電費成本的大幅降低，18個工廠一年節省成本達到1,860萬美金。
某企業PET塑料瓶自動化優化設計流程
此外，備受繁重仿真設計任務和大量重復性工作的困擾，開發企業的專用APP就愈顯重要。用戶還可以采用Ansys optiSLang的Web application功能，將復雜的設計流程構建成企業特有的APP，大幅降低仿真應用的難度，從而實現非仿真專家中復用推廣。
通過Ansys optiSLang 構建企業APP
3
助力產品性能提升，實現仿真驅動研發
optiSLang與產品的研發設計周期緊密結合，全方位提升工程師仿真設計能力。
展開 基于ANSYS的汽車轉向節拓撲優化仿真分析
摘 要：本研究基于ANSYS軟件，針對汽車轉向節的拓撲結構優化展開了仿真分析。首先，針對不同的工藝約束，建立了多目標拓撲優化目標函數，通過比較不同拓撲優化結果的區別和優劣勢，選取了最優的拓撲優化建模方法。隨后，根據拓撲優化結果，建立了工程化結構數模。實驗結果表明，在所建立的多目標拓撲優化目標函數下，得到了一種在工藝約束下最優的汽車轉向節拓撲結構，并且該結構具有較好的力學性能和穩定性，可為實際工程應用提供參考。
關鍵詞：ANSYS;汽車轉向節;拓撲優化;工藝約束;多目標優化;力學性能;
1 引言
汽車轉向節是汽車轉向系統的重要部件，其結構和性能直接影響著汽車的操控性和安全性。傳統的轉向節設計通常采用經驗設計和試錯方法，存在設計時間長、成本高、效率低等問題，同時難以滿足不同工況下的需求。隨著計算機仿真技術的不斷發展，基于拓撲優化的汽車轉向節設計已經成為一個研究熱點。在不同的工藝約束下，通過建立多目標拓撲優化目標函數，可以快速高效地得到優化結果，有效提高轉向節的性能和質量。此外，拓撲優化設計還可以大幅減少設計時間和成本，提高設計效率和可靠性，同時降低產品開發風險，具有非常廣闊的應用前景。
2 汽車轉向節結構及其優化
2.1 汽車轉向節的結構和功能
汽車轉向節是汽車轉向系統中非常重要的部件之一，主要起到連接轉向系統和輪轂的作用。其主要功能是將駕駛員的轉向操作傳遞到車輪，控制車輛的方向和行駛狀態。傳統的汽車轉向節結構通常采用鑄造或鍛造的方式制造，形狀比較固定，存在一些設計上的局限性。而拓撲優化技術則可以通過對結構的重新設計和優化，實現優化結構的得到，進一步提高汽車轉向節的性能和質量[1]。
2.2 拓撲優化在汽車轉向節設計中的應用
拓撲優化作為一種優化設計方法，在汽車轉向節的設計中具有廣泛的應用。
展開 
ANSYS 優化設計 CAE仿真
_ANSYS_Workbench_15.0_有限元分析培訓(第二講).pdf
Ansys Speos | 2023R1 動態仿真助力車燈早期優化
前言
光學仿真是產品設計師應用的關鍵工具之一，能讓用戶在制作物理原型之前就通過數字環境體驗產品。這對汽車領域來說顯得尤為重要，隨著汽車照明功能（如轉向指示燈）越來越生動，TIER-1 需要能夠在樣件前，通過光學仿真得到動態變化效果，突出光源功率的時間變化。2023版本Ansys Speos開發新功能 Virtual Lighting Animation 照明動態工具，通過工具為每個源的功率比定義時間線并直接從中生成動畫視頻來幫助對仿真結果進行動態視覺處理。
以汽車車燈為例，將解釋 Speos 新功能 Virtual Lighting Animation 照明動態工具的使用。
完成車燈仿真結果
首先準備車燈模型幾何體，設置發光光源source，設置幾何體光學屬性properties，設置視覺亮度探測器sensor，探測器sensor的分層layer設置光源source分層，這樣便于有多個光源參與仿真時，可以單獨控制任何光源的光功能和時間的變化，運算direct或者inverse仿真后，得到XMP結果。打開車燈仿真的XMP結果。
Virtual Lighting Animation工具
在工具tools選項下，打開Virtual Lighting Animation工具（以下簡寫VLA），VLA工具在Virtual Photometric Lab 或者Virtual Human Vision Lab都能打開此選項。
展開 【資料分享專區】Ansys自動駕駛雷達仿真優化方案
自動駕駛雷達仿真優化方案
Ansys Lumerical | 針對多模干涉耦合器的仿真設計與優化
EME 求解器非常適合表征這些器件，本例中的器件針對TE模式進行了優化，但該方法可以擴展到任何設計和極化。
運行和結果
第1步：優化 MMI 幾何結構
使用EME運行一系列參數掃描以優化 MMI 性能。
· 模式收斂掃描
確保每個單元格中的模式數量足以給出準確的結果，模式收斂掃描是確保仿真結果可靠的重要部分，應作為 EME 仿真文件初始設置的一部分來完成。下圖顯示輸出端口的傳輸結果收斂于約15種模式，稍大的值用于確保模式數量足以滿足本示例中使用的其他掃描（如波長、纖芯長度和錐形寬度）。右圖為從 field_profile 監視器獲得的電場強度。
· 波長掃描
EME 是一種單頻求解器，參數掃描是獲得寬頻結果所必需的。將波長掃描設置為1.5~1.6 μm，具有100個波長點，按波長掃描。波長掃描選項卡返回S矩陣，然后可以根據S矩陣的S21元素計算從端口1通過端口2的基本TE模式傳輸。下圖顯示了使用EME分析窗口中的波長掃描功能獲得的1.1 μm taper 寬度的 MMI 傳輸與波長的函數關系 。
· 纖芯長度掃描
確定纖芯的最佳長度。涉及改變區域長度的掃描非常適合EME求解器，因為幾乎可以立即獲得結果，下圖顯示了作為纖芯長度函數的傳輸。從圖中可以看出，最大傳輸發生在~37 μm的纖芯長度處。
· taper寬度掃描
確定taper區域的最佳寬度,在“Optimizations and Sweeps”窗口中，設置參數掃描任務，將結構組的寬度屬性掃描在0.4μm~1.1μm之間，并收集S矩陣。腳本文件用于運行此參數掃描并收集S矩陣結果。然后將從S矩陣的S21元素獲得的值平方，以提供通過兩個輸出端口的傳輸,結果繪制如下。
展開 三星采用Ansys仿真產品創建半導體設計，優化高速連接
三星將采用Ansys電磁仿真工具套件，依托最先進的工藝技術開展含5G/6G在內的尖端設計
主要亮點
Ansys仿真解決方案向三星開發人員提供綜合全面的電磁感知設計流程，在提高生產力的同時降低設計風險
三星設計人員將受益于Ansys提供的先進功能、速度和集成能力，將電磁設計周期縮短10倍，從而加快產品上市進程
Ansys推出的自動反標等領先業界的設計功能，將通過速度更快、預測能力更強的準確計算與建模，優化三星的片上設計
三星Foundry將采用Ansys業界領先的電磁（EM）仿真工具，依托最先進的芯片、節點和工藝技術開展含5G/6G在內的超現代設計。Ansys仿真解決方案，將向三星最先進的半導體技術提供綜合全面并且功能、速度和集成能力均有所提升的電磁感知設計流程，縮短片上設計周期，優化高速連接，同時助力減少設計錯誤并降低設計風險。
三星設計人員將運用Ansys的電磁設計工具，包括Ansys RaptorX、Ansys VeloceRF和Ansys Exalto，助力將小型設計的上市時間縮短2-3周，將復雜設計的上市時間縮短2個月。憑借可優化計算與建模的自動化功能，以及更高容量，Ansys軟件將幫助三星團隊以更高的保真度更快速地完成設計。
三星采用Ansys仿真產品創建半導體設計，優化高速連接
三星電子代工設計技術團隊副總裁Sangyun Kim表示：“電子系統和工藝技術在不斷發展，因此行業需要先進的電磁設計功能。我們認為Ansys仿真解決方案能幫助應對這方面的挑戰，該解決方案既能夠精準地滿足設計需求，同時又能縮短設計時間、降低成本與風險。”
展開 ANSYS仿真技術助力ORECA優化賽車設計
行業領先的賽車團隊利用工程仿真技術實現準確的測試和高性能
2016年2月24日，匹茲堡訊——賽車公司ORECA與ANSYS(NASDAQ:ANSS)達成的一項新協議幫助提升ORECA的賽車性能。ORECA將采用ANSYS業界領先的工程仿真技術加快開發進度，同時優化設計以實現高性能和高精度，從而為制造商節約時間和資金。
高下壓力配置下的ORECA 05。
ANSYS CFD仿真軟件顯示了車體表面的壓力場和虛擬的風流線。（PRNewsFoto/ ANSYS公司）
ORECA將充分利用ANSYS的高性能計算（HPC）和計算流體動力學（CFD）軟件進行空氣動力學測試。ANSYS的CFD軟件將支持ORECA在各種條件下仿真汽車周圍、內部及通過的氣流，包括在隨時間變化的條件下進行瞬態仿真。HPC和CFD工具的完美結合能充分利用成千上萬臺計算機的處理能力，從而幫助工程師快速進行迭代設計，并在物理測試前做出必要的修改。
ORECA的技術總監David Floury指出：“可靠性和準確性對于開發成功的車型至關重要。ANSYS是賽車行業的重要廠商，其解決方案為我們的工程師提供了必要的工具，能在多種不同操作條件下評估和優化一系列產品設計理念，從而改進產品性能和完整性，最終幫助車隊贏得冠軍。我們已經在采用ANSYS解決方案開發未來的新車型ORECA 07。”
ANSYS的全球汽車行業戰略總監Sandeep Sovani指出：“我們與汽車行業領先者保持多年的合作關系，深入了解這一行業，并不斷打造有利于整個行業的仿真最佳實踐。ANSYS的系統化仿真方法能幫助同類最佳的公司在競賽中遙遙領先。無論是在賽道上還是在公路上，這些公司都在利用ANSYS技術開發尖端的成功產品，這一點讓我們深感欣慰。”
關于ANSYS, Inc.
展開 斜拉橋索力優化的matlab和ansys仿真
matlab和ansys聯合仿真的原理在論壇中有較多的介紹，此處不在贅述。直接以邵旭東教授等編著的《橋梁設計與計算》的一例子來說明斜拉橋索力優化的matlab和ansys聯合仿真的可行性。
書中相應的計算理論見原書p540-550。或參考郭鐘群等人的論文《基于可行域法的斜拉橋索力優化》。
算例描述如下：
書中和該論文對算例采用了可行域法來確定索力。本貼也將采用該法。
計算的基本原理：采用matlab為主控程序，編制優化算法程序，將ansys計算得到的彎矩作為約束條件返回給matlab優化程序。
目標函數：彎曲應變能
約束條件：彎矩在可行域內，具體表達式見原書。
利用懲罰函數將約束優化問題轉化為無約束優化問題。
新的目標函數：懲罰函數=彎曲應變能+彎矩懲罰項
優化方法：遺傳算法
首先，建立有限元模型如下：
matlab輸出結果：
即三索索力T1，T2，T3分別為 3137.819072011635 3303.436908252255 5114.168292024851KN，最小彎曲應變能為3.491895730000000e+004。
索與主梁相交的三個截面的彎矩可行域為：
截面1：md11 = 3.0973e+005 md21 = -2.6617e+006
截面2：md12 = -2.2499e+005 md22 = -2.6221e+006
截面3：md13 = -1.7047e+006 md23 = -1.8241e+006
三個截面的彎矩分別為： -2046378.2063 -1675845.4513 -1737980.5069
可見，彎矩全部落入可行域。
展開 
Ansys Lumerical | 針對多模干涉耦合器的仿真設計與優化
EME 求解器非常適合表征這些器件，本例中的器件針對TE模式進行了優化，但該方法可以擴展到任何設計和極化。
運行和結果
第1步：優化 MMI 幾何結構
使用EME運行一系列參數掃描以優化 MMI 性能。
模式收斂掃描
確保每個單元格中的模式數量足以給出準確的結果，模式收斂掃描是確保仿真結果可靠的重要部分，應作為 EME 仿真文件初始設置的一部分來完成。下圖顯示輸出端口的傳輸結果收斂于約15種模式，稍大的值用于確保模式數量足以滿足本示例中使用的其他掃描（如波長、纖芯長度和錐形寬度）。右圖為從 field_profile 監視器獲得的電場強度。
波長掃描
EME 是一種單頻求解器，參數掃描是獲得寬頻結果所必需的。將波長掃描設置為1.5~1.6 μm，具有100個波長點，按波長掃描。波長掃描選項卡返回S矩陣，然后可以根據S矩陣的S21元素計算從端口1通過端口2的基本TE模式傳輸。下圖顯示了使用EME分析窗口中的波長掃描功能獲得的1.1 μm taper 寬度的 MMI 傳輸與波長的函數關系 。
纖芯長度掃描
確定纖芯的最佳長度。涉及改變區域長度的掃描非常適合EME求解器，因為幾乎可以立即獲得結果，下圖顯示了作為纖芯長度函數的傳輸。從圖中可以看出，最大傳輸發生在~37 μm的纖芯長度處。
taper寬度掃描
確定taper區域的最佳寬度,在“Optimizations and Sweeps”窗口中，設置參數掃描任務，將結構組的寬度屬性掃描在0.4μm~1.1μm之間，并收集S矩陣。腳本文件用于運行此參數掃描并收集S矩陣結果。然后將從S矩陣的S21元素獲得的值平方，以提供通過兩個輸出端口的傳輸,結果繪制如下。
展開 斜拉橋索力優化的matlab和ansys聯合仿真
matlab和ansys聯合仿真的原理在論壇中有較多的介紹，此處不在贅述。直接以邵旭東教授等編著的《橋梁設計與計算》的一例子來說明斜拉橋索力優化的matlab和ansys聯合仿真的可行性。
書中相應的計算理論見原書p540-550。或參考郭鐘群等人的論文《基于可行域法的斜拉橋索力優化》。
算例描述如下：
書中和該論文對算例采用了可行域法來確定索力。本貼也將采用該法。
計算的基本原理：采用matlab為主控程序，編制優化算法程序，將ansys計算得到的彎矩作為約束條件返回給matlab優化程序。
目標函數：彎曲應變能
約束條件：彎矩在可行域內，具體表達式見原書。
利用懲罰函數將約束優化問題轉化為無約束優化問題。
新的目標函數：懲罰函數=彎曲應變能+彎矩懲罰項
優化方法：遺傳算法
首先，建立有限元模型如下：
matlab輸出結果：
即三索索力T1，T2，T3分別為 3137.819072011635 3303.436908252255 5114.168292024851KN，最小彎曲應變能為3.491895730000000e+004。
索與主梁相交的三個截面的彎矩可行域為：
截面1：md11 = 3.0973e+005 md21 = -2.6617e+006
截面2：md12 = -2.2499e+005 md22 = -2.6221e+006
截面3：md13 = -1.7047e+006 md23 = -1.8241e+006
三個截面的彎矩分別為： -2046378.2063 -1675845.4513 -1737980.5069
可見，彎矩全部落入可行域。
展開 Ansys行業大講堂 | 平臺支撐下的仿真協同與設計優化
為加快數字化轉型，客戶需要將仿真和優化與更廣泛的產品生命周期流程相結合。為此，他們必須解決整個開發過程中不同工具、數據和流程管理、高性能計算 (HPC) 集成、可追溯性和結果可訪問性等復雜難題。Ansys高度可擴展和可配置平臺解決方案可對工程業務進行仿真和優化，推動創新設計探索和產品性能提升，通過多物理場仿真、創建可擴展的仿真環境、以及提高工程協作等維度，極大地改善企業在設計、開發和運營新一代產品的方式。
6月19日，Ansys行業應用大講堂第六講『平臺支撐下的仿真協同與設計優化』將作為該系列的收官之作上線，歡迎大家報名參加！4月底全新開啟的系列Ansys行業應用大講堂——仿真體系建設驅動數字創新，以仿真體系建設為基礎，系統地剖析仿真技術在5G、電氣化、自動駕駛、物聯網等領域的前沿趨勢和成功案例。
第六講：
平臺支撐下的仿真協同與設計優化
主題簡介
仿真技術在產品研發過程被廣泛使用，其應用的深度和廣度都在不斷拓展。在仿真規模不斷擴大的情況下，如何支持數據管理與知識積累，協調仿真與設計、試驗等相關團隊間的數據流轉，規范其業務流程，實現仿真與研發創新過程的真正融合，成為行業領先企業需要探討的方向。企業級仿真平臺作為解決這一系列問題的不二之選，近年來得到了長足的發展。
展開 【Ansys行業大講堂】平臺支撐下的仿真協同與設計優化
『點擊觀看直播回放』
仿真技術在產品研發過程被廣泛使用，其應用的深度和廣度都在不斷拓展。在仿真規模不斷擴大的情況下，如何支持數據管理與知識積累，協調仿真與設計、試驗等相關團隊間的數據流轉，規范其業務流程，實現仿真與研發創新過程的真正融合，成為行業領先企業需要探討的方向。企業級仿真平臺作為解決這一系列問題的不二之選，近年來得到了長足的發展。
此次在線研討會吸引了眾多觀眾在線觀看，在會后我們也陸續收到在線觀眾以及其他用戶前來詢問，在此附上本場網絡直播錄播內容，供大家回看學習。
誠邀您參加Ansys多學科優化大會 （WOST 2020）！
Ansys多學科優化大會暨第十七屆Dynardo用戶大會將于6月25日-26日舉辦，免費注冊報名即可參與，歡迎積極報名參加，成功報名后獲取參會鏈接。
『或點擊此處進入報名通道』
▼▼▼“更多Ansys近期專題研討會” - 歡迎掃碼報名參加！
『或點擊此處進入報名通道』
展開 