Sonlu Elemanlar Analizleri ve Ansys

ANSYS yazılımı mühendislerin mukavemet, titreşim, akışkanlar mekaniği ve ısı transferi ile elektromanyetik alanlarında fiziğin tüm disiplinlerinin birbiri ile olan interaksiyonunu simule etmekte kullanılabilen genel amaçlı bir sonlu elemanlar yazılımıdır.

Bu sayede gerçekleştirilen testlerin ya da çalışma şartlarının simule edilmesine olanak sağlayan ANSYS, ürünlerin henüz prototipleri üretilmeden sanal ortamda test edilmelerine olanak sağlar. Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile ömür hesaplarının gerçekleştirilmesi ve muhtemel problemlerin öngörülmesi mümkün olmaktadır.

 Aşağıdaki tabelada da görülebilen moduler yapısı sayesinde ANSYS yazılımı sadece ihtiyaç duyulan özelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa üstünde kullanılan diğer mühendislik yazılımları ile entegre bir şekilde çalışabilmektedir.

 ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de içindeki "preprocessing" imkanları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir. Gene aynı preprocessr içinde hesaplama için gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de oluşturulmaktadır. Yüklerin tanımlanmasından sonra ve gerçekleştirilen analiz neticesinde sonuçlar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir. 

 ANSYS yazılımı ile özellikle 'contact' algoritmalarının çeşitliliği, zamana bağımlı yükleme özellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yüksek mühendislik seviyedeki analizleri hızlı, güvenilir ve pratik bir şekilde gerçekleştirilebilmektedir.

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur. ANSYS Workbench' in gücü yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS çözücü algoritmalarından gelir. Ayrıca ANSYS Workbench' in amacı sanal ortamda ürünün verifikasyonunu ve iyileştirmesini sağlamaktır

Özellikle PC ile uyumluluğun üst seviyede olabilmesi için yazılmış olan ANSYS Workbench sadece bir arayüzden ileri bir çalışma ortamındır ve ANSYS Workbench ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes çalışabilir. Aynı alışılagelmiş ANSYS arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbench' de de kapasiteler sahip olunan lisansın doğrultusunda sınırlıdır.

 ANSYS 12.0 Yenilikler:

ANSYS 12.0 yenilikçiliğin öncüsüdür ve her büyük fizik disiplinlerinden etkileyici benzetim teknolojilerini ön plana sunmaktadır. Benzetim teknolojilerinde, çok hızlı hesap yapma, geometriyi hazırlama, sonlu elemanları oluşturma ve sonuçları inceleme gibi basamakların yeteneklerini de artırmaktadır. Benzetim tabanlı ürün geliştirmede, bu ilerlemeler çizilen yolda daha da ileri gitmeyi sağlamaktadır.

ANSYS Workbench:

ANSYS Workbench, benzetim işlemini birleştiren bir arayüze sahiptir ve bu durum versiyon 2.0 ile de değişmemiştir. ANSYS 12.0' da, temel uygulamalar aynı gözükmesiyle birlikte proje sayfası ile bu uygulamalar birleştirilmiş ve şematik bir görüntü ile birlikte daha pratik bir hal kazanmıştır.

Görüldüğü gibi sistemler birleştirilerek çok daha kompleks işlerde çoklu fizik uygulamaları oluşturulabilinir. Bağlantılar arasında bilgi transferi verimli bir şekilde sağlanmaktadır. Her bir hücrenin sağında yer alan durum ikonları, o hücrenin güncel olup olmadığını gösterir ve gerekirse kullanıcı girdisi veya güncellenmesi gerektiğini göstermektedir. Örnek olarak modelin meshlendiğini veya tamamen çözüldüğünü bu şekilde fark edebilirsiniz.

Bir çalışma alanı olarak hizmet etmek ve uygulamaları birleştirmek adına ANSYS Workbench 2.0, proje tabanlı senaryo, raporlama, kullanıcı tanımlı arayüz ve standart bilgi arayüzleri sunmaktadır. ANSYS 12.0' da Mühendislik data girişi ve ANSYS DesignXplorer artık bağımsız uygulamalar olmayacak ve kullanıcı tanımlı arayüz ile proje penceresi içerisinde kullanılabileceklerdir.

Proje şemasından seçilen iki farklı analiz mekanik simülasyon uygulaması olarak görülmektedir. Proje şemasından başlatılan her bir uygulama, eski Workbench kullanıcılarına tanıdık gelecektir.

ANSYS Workbench 2.0, simülasyon mühendisliğinde kullanıcı için ölçülü ayarlamalar da sağlamaktadır. Yenilikçi çalışma ara yüzünde, sağlanan simülasyon teknolojisinin, CAD uyumluluğu, geometri tamiri ve sonlu elemanlar modelinin oluşturma gibi tümünü kullanabilecektir. Yeni proje şema konsepti kullanıcılara tüm analizleri boyunca rehberlik edecektir. Explicit bilgi ilişkileri ve ardışık devam eden analizler için bilgileri saklar. Dizayn optimizasyonu ve istatistiksel çalışmalarda Workbenchin parametrik ortamı mühendisler için en hızlı ve en iyi ürüne ulaşma yoludur.

Geometri & Meshleme:

ANSYS' in derin ve deneyimli bilgi birikimi içerisinde geometri ve sonlu elemanlar teknikleri de birleştirilmiştir. Bu hücreleri diğer uygulamalarla paylaşarak yeni uygulamaların temelini oluşturmak mümkündür.

 ANSYS 12 de, geometri ara yüzleri ile CAD programlarından daha fazla bilgiyi ANSYS içerisine almak hedeflenmektedir. Kiriş modelleyebilmek için çizgi yapı bilgileri, ek olarak unsurların renkleri, koordinat bilgileri ve CAD içerisinden tanımlı 'named selection' özelliğini atamak mümkündür. Bu şekilde uygulanan yükler ve mesnetler için çok daha hızlı uygulamalar yapmak mümkün olacaktır. 64 bit sistemler için CAD programı içinden akıllı ve seçime bağlı güncellemeler yapmak mümkündür.

ANSYS Workbench ortamı içerisinde geometri modelleme için otomatikleştirmeyi artırmakta ve analizler için çok daha esnek kullanım sağlamaktadır. Merge, Connect ve proje unsurları eklenerek yüzey modelleme yeteneği arttırılmıştır.

Yeni müdahaleler ile tipik geometrik hatalar tespit edilerek düzeltilebilmektedir. Küçük çizgiler, dilim yüzeyler, delikler, keskin köşeli yüzeyler gibi hataları düzeltmek çok daha kolaydır. Bu şekilde analiz için geometri modellemesi, basitleştirmesi ya da modifikasyonu çok daha kolay olmaktadır. Yukarıdaki resimde, yukarıda ilk model, aşağıda temizlenen modeli görebilirsiniz.

ANSYS 12.0 için temel nokta, akışkanlar dinamiği için otomatikleştirilmiş mesh hazırlama ile en iyi çözüme ulaşmaktır. En az kullanıcı girdisi ile GAMBIT ve TGrid uygulamalarına benzer bir şekilde otomatik olarak CFD tetrahedral mesh oluşumu yapılabilmektedir. İleri düzey boyut fonksiyonları (GAMBIT' tekine benzer), prism/tet meshleme (TGrid), ve diğer ANSYS meshleme teknolojileri kaliteli, hızlı, kıvrımlı mesh oluşturmak için birleştirilmiştir. Bu uygulamaların çoğu akışkanlar dinamiği gereksinimlerini karşılayabilmektedir.

Yeni Multizone mesh metodu kullanılarak geometriyi parçalamadan saf hex mesh atmak mümkündür. Fren diski örneğinde, tek bir operasyon ile hex olarak meshlenebilmektedir.

Multiphysics:

ANSYS 12.0, şirketin kapsamlı multifizik çözümlerini genişletmektedir. Yeni unsurlar ve özellikler doğrudan problemi çözmek için veya ardışık multifizik problemlerini çözmek için geliştirilmiştir. ANSYS Workbench ortamı bu gelişim ile birlikte çözümlemeyi, öncekinden çok daha hızlı bir şekilde gerçekleştirmektedir.

Ardışık resimler vida pompasının hareketini daldırılmış katı-sıvı etkileşimi kullanarak çözümünü göstermektedir.

Geniş bir sahada birleşmiş olan ANSYS çözücü teknolojileri versiyon 12 ile birlikte bir adım daha yol katetmiştir. ANSYS Workbench arayüzü daha verimli bir iş akışı için özelleştirilmiş benzetim araçlarının çözücüleri ile birlikte çalışabilmektedir.

 Hem bilgisayar kümeleri hem de çoklu işlemcili bilgisayarlar için kompleks ve simetrik olmayan matris çözümleri için distributed sparse çözücüsü genişletilmiştir. Bu yeni çözücü sayesinde Peltier ve Seekbeck efektlerini de içeren doğrudan çift saha çözümleri için gerekli olan çözüm zamanını büyük bir ölçüde düşürmektedir. ANSYS 12 ile birlikte doğrudan çift saha çözümleri için gerekli olan elemanların da kapasitesi artırılmıştır. Bu elemanlar gözenekli bir yapı içerisinden akışkan akışına olanak sağlamaktadır. 

Bu yeni ortama yapılan yeni bir ekleme doğrudan çift saha çözümlemelerini ANSYS Workbench ortamının da desteklemesidir. SOLID226 ve SOLID227 gibi ilgili elemanlar termal-elektrik çiftlemesi için kullanılabilmektedir. Peltier ve Seekbeck etkilerini de içererek ileri düzey termoelektrik etkiler ve sıcaklığa bağlı malzeme modellemesi ile Joule ısıtmasını destekleyen termal-elektrik analizler yapılabilmektedir.

En büyük yeniliklerden biri de akışkanlar dinamiği uygulamalarında daldırılırmış katı sıvı etkileşimi çözümlemeleridir. Bu teknik mesh superpose metoduna dayanarak akışkan ve katının birbirinden bağımsız olarak meshlenmesine dayanmaktadır. Bu şekilde mühendisler için daldırılmış katı sıvı etkileşimi kullanarak yapılar üzerindeki etkileri görme imkânı sunulmaktadır. Bir diğer büyük yenilik ise FLUID136 elemanının doğrusal olmayan Reynold squeeze film equation (RSFE) çözümlemelerini doğrusal olmayan tranzient FSI uygulamaları içinde ince akışkan tabakalarını da içererek çözmektedir. Yeni bir FSI uygulaması olarak, tek yönlü FSI uygulamalarını CFD çözücüsü olarak ANSYS FLUENT kullanarak çözebilmesidir. Bu yöntem ile yüzey yükleri veya yüzey sıcaklıkları için tek yönde yük transferi ANSYS FLUENT ve ANSYS Mechanical ürünleri arasında mümkün olmaktadır.

Structural Mechanics:

ANSYS 12.0 kapasitesiyle birlikte mühendislik tasarım sürecinde yapısal uygulamalar kayda değer ölçüde ilerleme kat etmiştir. Yeni uygulamalar ve ikonlar Wokbench ortamı ile bağdaştırılarak çözüm süresini önemli ölçüde düşürmektedir. Eleman teknolojisi, malzeme bilgisi, kontak ve çözüm performansı ve lineer, rijit ve flexiable uygulamalar özel olarak geliştirilmiştir.

ANSYS 12.0 versiyonunda çoğu yeni elemanlar 4 düğüm noktalı tetraghedron elemanlardır. Bu elemanlar genel olarak hiperelastik ve şekil verme uygulamalarının modellenmesinde kullanılırlar. Bu, geometrik aşamadan çözüm aşamasına kadar bir analizin gerçekleşme sürecini düşürmektedir. Bununla birlikte doğruluktan taviz verilmemektedir. Hali hazırda var olan geniş malzeme seçeneğine çeşitli eklemeler de yapılmıştır.

 Montaj simülasyonlarının yapılması, analiz sürecinin değişmez bir parçası olması yanında kontak tanımlamalarındaki gelişmeyi de kaçınılmaz kılmıştır. ANSYS 12' de kontak problemlerinin çözümünde önemli adımlar atılmıştır. Çözüm performansı birçok alanda geliştirilmiştir. ANSYS 12, yeni modal çözücüler sunmaktadır. Bunlar SNODE olarak isimlendirilen çözüm hızını artırıcı ve çözülen mode sayısını genişleten yüksek serbestlik dereceli (bir milyon serbestlik derecesinin üzerinde) çözücülerdir.

Versiyon 12 ile birlikte ANSYS Rigid Dynamics ve Flexible Dynamic kapasitelerinin her ikisi de ANSYS Structural, ANSYS Mechnaical ve ANSYS Multiphysics yazılımlarında mekanizma oluşturma olanağını daha hızlı bir şekilde sunmaktadır.

Fluid Dynamics:

ANSYS 12.0 kendi akışkanlar ürünleri ile Workbench içerisinde tümleşik çalışma imkanı sunmaktadır. Bu, kullanıcılara ister ANSYS CFX isterse ANSYS FLUENT ortamında veya her ikisinde çalışma imkanı sunar. Bu şekilde sistemleri oluşturma, bağlama veya tekrar kullanma, otomatik parametrikleştirilmiş analizler koşturma ve çoklu fizik kullanarak benzetimleri yönetme yeteneği kazandırır.

ANSYS temel çözücü hızını artırmaya yönelik çalışmalar yapmaktadır. Her çeşit uygulamalarda, kararlı durum veya transient çözüm süresini her iki ortam içinde (ANSYS CFX ve ANSYS FLUENT) yüzde 10-20 seviyelerinde azaltmaktadır.

 Kullanım kolaylığı çeşitli yollarla arttırılmıştır. Bu kolaylıklardan en fark edilir olanı, ANSYS Workbench içerisine entegre edilmiş diğer uygulamalar ile uyumlu tek-pencere ara yüz örneği olan ANSYS FLUENT kullanıcı ara yüzüdür. ANSYS CFX yazılımı için iyileştirmelerin bir sunucusu grafiksel kullanıcı ara yüzüne (GUI) eklenmiştir. Kullanıcıya, ek girdi panelleri oluşturma seçeneğini de içeren, GUI görünümünü isteğe göre değiştirme imkanı sağlayan yeni bir seçenek de sunulmuştur. Bu özel paneller, gereken girdileri ve GUI üzerinde kontrolü kullanıcıya vererek, sık kullanılan işlemleri ve çalışmaları yapabilme imkânı sağlar. 

Simülasyon İşlemi & Bilgi Yönetimi:

Günün global şartlarında, iyi bir iletişim ve verimli iş birliği ile başarılı ürün geliştirme sürekli benzetim ve ürün tasarımı ile mümkündür. ANSYS mühendislik bilgi yönetimi (EKM) çözümleri ile benzetim işlemleri ve bilgi yönetiminin bir araya gelmesine yardım etmektedir. ANSYS EKM ile simulasyon bilgisinin daha iyi yönetimi, paylaşımı ve tekrar kullanımı yapılabilmektedir.

ANSYS EKM üç versiyon ile çözüm önerisi sunmaktadır. ANSYS EKM Desktop, ANSYS EKM Workgroup ve ANSYS EKM Enterprise. Bu üç versiyonda her biri artan kapasitesiyle, bireysel kullanıcılar, çalışma grupları ya da var olan kuruluşlar için giriş noktaları sağlamaktadır.

ANSYS EKM Desktop, bu ürünün tek kullanıcılı versiyonudur. ANSYS 12.0' ın bir parçası olarak bulmak mümkündür ve ANSYS Workbench ortamından ulaşılabilinir. Amacı yapılan simülasyonların tekrar kullanabilmesidir. Bu şekilde bilgi araması, bilgiyi gözden geçirme ve ürün kapasitesini arttırıcı fonksiyonları bildirme işlemi yapılabilinir.

Uygulamalar:

ANSYS Emag: ANSYS ürünlerinin içerisine dünyanın önde gelen Ansoft elektronik dizayn analizi (EDA) ürünlerini, ANSYS ve Ansoft takımlarının ortak çalışmaları ile birleştirmektedir. 12 versiyonu ile birlikte ANSYS müşterileri geliştirilmiş ve genişletilmiş elektromanyetik kapasitesine ulaşma imkanı bulabilir. ANSYS Emag yazılımının 12 versiyonu ile birlikte düşük frekanslı elektromanyetik simülasyon için yeni ürün olarak 3D katı elemanlar eklenmiştir. Katı elemanlar (SOLID236 ve SOLID237), manyeto statik, quasistatik zaman harmoniği, quasistatik zaman - tranzient manyetik modellemeler mümkündür. Kullanıcı bu yeni teknolojiyi tüm düşük frekanslı elektromanyetik uygulamalarda kullanabilir. Bu uygulamalar elektrik motorları, solenoidler, elektromıknatıslar ve jeneratörler olarak çeşitlilik gösterir.

Explicit Dinamik: 12 versiyonunda ANSYS, explicit dinamik alanında da önemli ilerlemeler kaydetmiştir. Her iki explicit ürün olan ANSYS LS-DYNA ve ANSYS AUTODYN kullanıcılarına çeşitli yeniliklerle birlikte gelmektedirler. Yeni sunulan ANSYS 12.0 ile ANSYS Explicit STR ürünü ilk kez ANSYS Workbench arayüzü ile birlikte kullanıcılara ulaşma imkanı bulmaktadır. 

ANSYS AUTODYN ürününün Lagrangian kısmı temel alınmıştır. Bu teknoloji katıların, sıvıların, gazların ve bunların etkileşiminin doğrusal olmayan dinamik simulasyonlarına ihtiyaç duyan kişilere hitap etmektedir. Ayrıca ANSYS Workbench ortamında yer alan diğer uygulamalarla birlikte etkileşimini de mümkün kılmaktadır. ANSYS Workbench deneyimi olan kullanıcılar bu yeni arayüzle birlikte ANSYS Explicit STR ürününü de aynı anda deneme fırsatı bulabileceklerdir.

Bir çelik halka ile yataklanmış gevrek seramik hedef üzerine yüksek hızda gönderilen çelik bir topun çarpma etkisi görülmektedir. Renk dağılımı seramik üzerindeki hasarlı/çatlaklı bölgeleri göstermektedir.