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ANSYS 14.0

YY. PerngLead Application Engineer

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Outline

• ANSYS Workbench• Geometry and Meshing• Structure Mechanics• Fluid Dynamics

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• System Coupling• ANSYS RSM• ANSYS DesignXplorer• ANSYS EKM

ANSYS Workbench 14.0

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• Facilitates simulations that require tightly integrated couplings of analysis systems in the ANSYS portfolio

• Extensible architecture for range of coupling scenarios (one‐, two‐ & n‐way, static data, co‐simulation…)

• ANSYS Workbench user environment and workflow• Stand‐alone coupling service delivers coupling management and mapping/interpolation

System Coupling 14.0

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Two‐way surface force/displacement coupling between Fluent and Mechanical  via Systems Coupling• Steady/static and transient two‐way FSI• Integrated post‐processing with CFD‐Post• Workbench based setup and execution

– Windows and Linux• Alternative execution from command line

– including cross‐platform• Parallel processing with ANSYS HPC

– RSM currently not supported• Restarts for fluid‐structure interaction• Parameterization, design exploration and optimization

Multiphysics and Systems Coupling – FSI

Non‐Newtonian blood flow through a three leaf mitral valve

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• RSM supports background update of the Solution (or Analysis) component for:– Mechanical (ongoing support)– MAPDL (now supports parallel solve)– CFX (now supports parallel solve, external files)

– FLUENT (now supports parallel solve, UDFs)

• Queue multiple jobs on a local machine– Overnight or other low‐usage times

• Submit jobs to remote machines– Distributed clusters– Management of files, including UDFs

• Update design points in parallel via RSM

ANSYS RSM 14.0

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• Get design point simulations done faster• Job submission can be:

– One job for all design points – One job for each design point– Specify max no. of jobs

RSM: Simultaneous Update of Design Points

Time

# JobsTime

# Jobs

Time

# Jobs

Time

# Jobs

RSM

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• Workbench Design Exploration and Optimization for increased understanding, innovation & simulation ROI

• New at 14.0• Reduced time required

• 2 new adaptive DOEs • Distributed solve• Design point sorting

• Increased Robustness• Support for partial DOE’s

• Increased understanding• New charts• Improved GOF• Project report

ANSYS DesignXplorer 14.0

Single Physics

Multiphysics

“What if” Study

Design Exploration

Optimization

Robust Design

R14

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ANSYS EKM 14.0

• EKM • Individual user• Workgroups/Shared user

• Integration with Workbench– Save Workbench projects to the repository

– Automated indexing and Report generation for Workbench Projects

– Search and Resume Workbench projects– Execute Workbench projects for parametric runs, DOE, Optimization

– Compare multiple Workbench Projects to find the best fit candidate

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Geometry Advances

Focus on enhancing your productivity through new features, increased flexibility, efficiency and usability• ANSYS DesignModeler– Core modeling improvements– Application‐specific modeling

• ANSYS SpaceClaim Direct Modeler– Improved Workbench integration– Enhanced Model Preparation

• Interoperability– Support for new CAD releases – New CAD file readers

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Several new readers to provide two types of interfaces for all major CAD systems for improved productivity and flexibility• Associative Interfaces

– Associative, parametric and Bi‐directional

• Readers– Native file readers for users without live CAD access

GAMBIT reader is enhanced to support non ACIS geometry

A new DWG Reader for AutoCAD

Improved model processing for faster and targeted updates

Updated geometry interfaces

ANSYS DM 14.0: Interoperability with CAD

Pro/Engineer

ANSYS DesignModeler

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• Direct entity selections are accepted for Extrude, Revolve, Sweep and Skin/Loft operations

• Named selections and sketches remain supported as valid inputs for greater automation and flexibility

ANSYS DM 14.0: Direct Entity Input

Extrude Revolve Sweep

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Auto Freeze during slicing• Slice feature and Slice Material operations are now available for all bodies

– Both active and frozen

• Active bodies involved in the slice are changed to frozen state automatically

ANSYS DM 14.0: Slicing Enhancement

Bodies involved in the slice are changed to a frozen

state automatically

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• Selection tolerance– Tolerance is used to detect face pairs in case of imperfect offsets

– Selecting an undetected pair manually provides feedback on tolerance value required, which can be used for automated selection

• Graphical display of thickness (using color)

ANSYS DM 14.0: Mid Surfacing

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• A new option to import line bodies to create Shaft geometry

• Reads input from a text file and automatically creates line bodies with specified cross‐sections

ANSYS DM 14.0: Rotor Shaft Feature

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• Bi‐directional geometry transfer between Ansoft products and Workbench applications for multi‐physics simulations (DesignModeler/Mechanical/Meshing)

ANSYS DM 14.0: Interoperability with Ansoft Products

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Improved Named Selection transfer between ANSYS DesignModeler and other ANSYS Workbench applicationsSingle/Box selection toggle• RMB + LMB combination to easily toggle between the two selection modesNew Hot KeysImproved Error handling• Attach failures• Share topology failures

ANSYS DM14.0: Other Enhancements 

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Improved ANSYS Workbench Integration • Improved Associativity and data transfer• Support for multiple design points

Preview options for Topology Sharing • Preview sharing to view topology sharing before transferring the model into Workbench

• Help detect and fix topology sharing issues before transfer

ANSYS SpaceClaim 14.0

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Volume Extract Tool Improvements • Progress reporting• Options to specify multiple faces as seeds to create more than one volume in a single step

• Option to preview face selection propagation to detect leaks during volume extraction

ANSYS SpaceClaim 14.0: Volume Extraction

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Improved Selection and Repair Options

• More Selection Options• Select Parents• Select Children

• ClipView option to isolate and examine selected region

• Multi‐face patch option for fixing missing faces

ClipViewWithout multi-face

patch onWith multi-face

patch on

ANSYS SpaceClaim 14.0: Selection and Repair

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Rapid & Robust Meshing

Top on the list of challenges engineering companies are facing is shortened product development schedules while at the same time the product designs themselves are becoming increasingly complex.

Meshing of these designs introduce challenges in terms of speed, robustness and accuracy.

Courtesy Siemens AG.

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Assembly Meshing enables dramatically reduced time to mesh for typical CAD models by eliminating the tedious geometry clean‐up

Top‐down approach to mesh all parts at once• Uses Virtual Bodies (material points or groups) to automatically extract internal regions from assemblies

• Supports:– Meshing solids from sheet bodies– Conformal mesh between parts without requiring multibody parts

– Overlapping bodies– Tet (linear) and CutCell (hex‐dominant) mesh types

– Inflation

Assembly Meshing

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Prism (inflation) layers• Speed (~2x faster)• Robustness• Element/cell quality

CutCell• Robustness• Cell quality

Performance

CutCell with inflation

Tet with inflation

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• Controls order of body meshing:– Allows selective body meshing to remain persistent– User can record meshing operations, or add steps manually

Selective Meshing Worksheet

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Virtual Topologies (VT) enabling improved automation, flexibility, and usability:• More interactive usage through direct graphics interaction rather than tree objects

• Ability to run “Auto VT” on selected edges, faces or bodies

• Clustering of faces/edges• Create hard vertex• Face splits• Improved meshing performance w/VTs

Cluster 1

Cluster 2

2 Virtual Faces created. 1 for each cluster.

Virtual Topologies

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MultiZone improvements• Handling of cylindrical side faces• Imprinting– Through bodies– Through long stretches of connected side faces

• Support for Match control• Robustness• Speed

Hex Meshing

Speed improvements for multi‐bodyparts with swept blocks

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• MAPDL/WB Integration

• Physics coupling and data mappping

• Rotating machines

• Composites & Fracture Mechanics

• Application Customization

• Thin structures modeling

• Contact analysis

• Advanced Modeling

• Performance

Structural Mechanics 14.0

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Node selections for applying loads and reviewing local results

Direct FE• Nodal Orientation• Nodal Force• Nodal Pressure• FE Displacement• FE Rotation• Works with RESTART !• Displacement Results

MAPDL/WB Integration

Nodes are oriented in cylindrical system for loads and boundary condition definitions

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• New data types– Heat flux– Heat generation– Thickness– Displacement (

• Weighting options– Kriging– Triangulation– Distance based average

• Multiple files import– Transient analysis– Multiple bodies

• New mapping validation

Enhanced Data Mapping

TemperaturesThicknesses

Accuracy control

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Composites

• Data Integrate ACP Pre/Post into WB

• Composite failure material properties in Engineering Data

• Simple setup and post‐processing  of laminate composites in Mechanical (shells only at R14)

• Allow transfer of data between ACP and Mechanical at WB schematic level

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• Rigid bodies– Speed and accuracy improvements 

• 2‐5x overall speed‐ups

• Flexible bodies– Projection based contact– Contact stabilization

Contact Analysis

Regular contact Projection based

Smoother temperature results on a multilayered structure

© 2011 ANSYS, Inc.

• More advanced models to include complex nonlinear phenomena– Anisotropic Hyperelasticity plus  Viscoelasticity

for strain rate effects– Hyperelasticity coupled with Pore Pressure 

element– Shape Memory Alloy enhanced with

superelasticity, Memory effect, New Yield Function, Differentiated Moduli (Austenite, Martensite)

– Holzapfel Model ‐ Capture the behavior of fiber‐reinforced tissue

– Coupled field‐elements for strongly coupled thermo‐mechanical analysis now accounts for plasticity induced heat generation along with friction effect

Advanced Materials

Nonlinear materials support for coupled field elements – An example of Friction Stir Welding.

Advanced Materials for Biomechanical Applications

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• Enhanced 3D rezoning• Moisture effects • Coupled structure/acoustics 

– Quadratic tetrahedral acoustics elements (V13)

– New acoustics sources– Absorbing areas– Symmetric FSI formulation– Near and far‐field parameters

Advanced Models

Hot-Rolling Structural Steel Analysis with 3-D Rezoning

Coupled structures/acoustics simulations Moisture diffusion

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SolverKernel 

Speedups

OverallSpeedups

From NAFEMS World Congress May 2011 Boston, 

MA, USA

“Accelerate FEA Simulations with a 

GPU”‐by Jeff Beisheim, 

ANSYS

ANSYS Mechanical SMP – GPU Speedup

Tesla C2050 and Intel Xeon 5560

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•Windows workstation : Two Intel Xeon 5560 processors (2.8 GHz, 8 cores total), 32 GB RAM, NVIDIA Tesla C2070, Windows 7, TCC driver mode

GPU Acceleration for DANSYS

1.52

1.16

1.70

1.20

2.24

1.44

0

1

2

3

V13cg‐1(JCG,1100k)

V13sp‐1(sparse,430k)

V13sp‐2(sparse,500k)

V13sp‐3(sparse,2400k)

V13sp‐4(sparse,1000k)

V13sp‐5(sparse,2100k)

R14 Distributed ANSYS Total Simulation Speedups

4 CPU cores

4 CPU cores + 1 GPU

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Physics Coupling: Rigid Body Dynamics and Simplorer co‐simulation

© 2011 ANSYS, Inc.

• Workflow & Usability

• Multiphysics and Systems Coupling

• Solver and HPC Performance

• Rotating Machinery

• Automotive Power Train Modeling 

• Multiphase Flow Modeling

• Comprehensive CFD Capabilities

Fluid Dynamics 14.0

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Two‐way surface force/displacement coupling between Fluent and Mechanical  via Systems Coupling• Steady/static and transient two‐way FSI• Integrated post‐processing with CFD‐Post• Workbench based setup and execution

– Windows and Linux• Alternative execution from command line

– including cross‐platform• Parallel processing with ANSYS HPC

– RSM currently not supported• Restarts for fluid‐structure interaction• Parameterization, design exploration and optimization

Multiphysics and Systems Coupling – FSI

Non‐Newtonian blood flow through a three leaf mitral valve

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Multiphysics – 1‐way FSI

Significantly faster surface mapping for 1‐way FSI (CFD‐Post) β

• New Octree mapping method significantly faster algorithm – Need to set Option in CFD‐Post 

• 1‐way FSI in ANSYS Workbench uses CFD‐Post ‘under‐the‐hood’– Will use mapping option set by user in CFD‐Post (which is stored in user preferences)

– Status message with diagnostics report indicates new mapping method is being used

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Multiphysics – Fluent‐Maxwell

Complex multiphysics modeling• New: Electromagnetic‐thermal interactions inside Workbench using Fluent with Maxwell– One‐way and two‐way β coupling

• Combine with 1‐way FSI

β

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Adjoint Solver

Adjoint Solver for Fluent fully tested, documented, and supported at R14.0

• Provides information about a fluid system that is very difficult and expensive to gather otherwise

• Computes the derivative of an engineering quantity with respect to inputs for the system

• Engineering quantities available– Down‐force, drag, pressure drop

• Robust  for large meshes– Tested up to ~15M cell

Shape sensitivity to down‐force on a F1 car

Shape sensitivity to lift on NACA 0012 

Lift Force (N)Geometry Predicted ResultOriginal ‐‐‐ 555.26Mod. 1 577.7 578.3Mod. 2 600.7 599.7Mod. 3 622 621.8

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Solver and HPC Performance

Improved scalability (FL)• Scalability to higher core counts• Simulations with monitors including plotting and printing

• Cluster‐to‐cluster view factor file writing optimization

Hex‐core mesh, F1 car, 130 million cellsmonitor‐enabled 

0

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800 1000

Example data for scaling with R14 monitors

3072 cores

Sample cluster‐to‐cluster view factor data writing using 32‐way parallel and Infiniband.

0.4 million surface clusters

1.1 million surface clusters

R13R14

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Rotating Machinery 

Highly efficient time accurate simulations with Transient Blade Row capability (CFX)

• Several models available– Time Transformation (TT)

• Inlet Disturbance • Single Stage TRS

– Fourier Transformation (FT)• Inlet Disturbance • Single Stage TRS β

• Blade Flutter β

Surface pressure distribution (top) and monitor point pressure (left) from an axial fan stage:

Equivalent solution with Time Transformation at fraction of computational effort

Reference solution without a TBR method, requiring 180 deg model

Time Transformation solution, requiring only

3 stator and 2 fan blades

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Automotive Power Train• New IC Engine Analysis System provides unified and simplified set‐up for internal combustion engines– Automate combustion and spray set‐up

• New Battery Model• After Treatment– Selective Catalytic Reduction (SCR)– Catalytic Converter Light‐Off

Plane showing  gas temperature

Plane showing  porous media temperature

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Model dense particulate flows with DEM (FL)• DEM enabled as a collision model in the DPM model panel

• Use in combination with single phase and DDPM simulations

• Works in parallel• Particle size distributions• Prediction of the packing limit• Head‐on collisions• Collisions with walls• Example applications: Bubbling and circulating fluidized beds, particle deposition in filtering devices, particle discharge devices (silos)

Multiphase – DEM

3% fines start‐up ‐15 sec 

and 15‐30 sec 

Note that channeling is observed in the 15‐30 sec animation 

NETL Fluidized Bed Simulations using DEM with DDPM 

12% fines0‐25 sec

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Comprehensive CFD – Motion

Improved accuracy with simplicity of immersed solids (CFX)

• Addition of boundary model for more realistic velocity forcing with immersed solids– Track nodes nearest to immersed solid– Assume constant shear (laminar) or use scalable wall function (turbulent) to modify forcing at immersed solid ‘wall’

• Can improve immersed solid predictions significantly– Continuing development for further improvements and broader applications

Boundary-fitted mesh

Immersed Solid (default)

Immersed Solid with Boundary Model

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• New GUI and graphics enhancement– Context aware right click menus in graphics window

• ECAD import enhancement– Stacked die and PoP import– ODB++ import– ANF import from 3rd party tools in both binary and ASCII 

• CSV import of parametric trials and polygonal sources

• Solar radiation with transparent surfaces• Layer stack‐up for PCB object• Local coordinate system based on flow direction for flow resistance specifications

• LED source and High Density Datacenter component macros

• Thermostat transient feedback macros for heat sources and fans

ANSYS Icepak

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• ANSYS Icepak supports for IDF MCM, BRD and generic ANF

• Ansoft Links provide many additional import options

• Import Gerber with ANSYS Icegrb

Electronic CAD Interfaces

Electronic CAD Interfaces

ODB++

Cadence Allegro

Cadence APD

Cadence Virtuoso

Synopsys Encore

Zuken CR5000

Zuken CADSTAR

Altium

Mentor Boardstation

Mentor Expedition

Mentor PADS

Gerber

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• SIwave and ANSYS Icepak exchange power map and temperature– Accounts for copper resistive losses in printed circuit boards and packages

Interface to SIwave

Current Density(SIwave) 

Temperature(Icepak)

Power Map

Temperature

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Summary

ANSYS 14.0 contains a wide range of enhancements:

• New infrastructure for flexible coupling between solvers to enable multiphysics and system level simulations

• Faster and robust solvers with highly scalable HPC for solving ever larger and more complex models with high fidelity and accuracy in less time

• Enhanced workflow and usability for greater user experience and productivity