explore&improvefaster 14

39
© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 2012 1 Explore and Improve your Design – Faster than Ever Before With ANSYS 14.5 November, 2012 Simon Pereira Product Manager

Upload: vinh-duong

Post on 19-Jan-2016

11 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

ansys

TRANSCRIPT

Page 1: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 20121

Explore and Improve your Design –Faster than Ever Before With ANSYS 14.5

November, 2012Simon Pereira

Product Manager

Page 2: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 20122

ANSYS Vision

ANSYS has a very clear vision for                                           Simulation Driven Product Development!

• Best‐in‐class solvers combined for multiphysics

• Ease of use, knowledge capture, integration platform…

• Parametric, persistent, automated

• Design exploration & robust design!

ANSYS has a very clear vision for                                           Simulation Driven Product Development!

• Best‐in‐class solvers combined for multiphysics

• Ease of use, knowledge capture, integration platform…

• Parametric, persistent, automated

• Design exploration & robust design!

Page 3: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 20123

The Path to Robust Design

Single Physics Solution•Accuracy, robustness, speed…

MultiphysicsSolution•Integration Platform

“What if” Study•Parametric Platform•Simultaneous Solve

Design Exploration•DOE, Response Surfaces, Correlation, Sensitivity, Unified reporting, etc.

Optimization•Algorithms•Published API

Robust Design•Six Sigma Analysis•Probabilistic Algorithms•Adjoint solver methods

Robust Design is an ANSYS Advantage

Page 4: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 20124

From The Ground Up

Page 5: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 20125

Deformation  of the Stator ?

Single Physics/Multi Physics

Single physics is the entry point to Simulation

Multi‐Physics enables real virtual prototyping

Electromagnetic Force Density with Thermal‐Stress and Electromagnetic Force load 

Fluid Pressure Distribution

2 way coupled with a transient structural solution

Stress ?

Page 6: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 20126

Parametric CAD Connections

Pervasive Parameters

Persistent Updates

Managed State, Update Mechanisms

Remote Solve Manager (RSM)

Needed for "What If?"

“What If?”

Parametric Persistence is an ANSYS Advantage!

Interactively adjust the parameter values and “Update”

Page 7: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 20127

Guiding Principles of ANSYS Workbench

CAD Model

Workbench Model

Parametric• Update in CAD, ANSYS DesignModeler or ANSYS SpaceClaim

Persistent• Model setup keeps up with model changes

Page 8: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 20128

Guiding Principles of ANSYS Workbench

Highly‐automated• Physics aware intelligent defaults• Context sensitive meshing (prism, contact, etc.)

Automatic Contact (FEA), 

Non‐conformal interfaces (CFD), etc.

Automated MeshingApply loads on geometryGo straight to solution!

Page 9: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 20129

Guiding Principles of Workbench

Flexibility:• Breadth methods/controls• Depth of basic/advanced tools• Control meshing sequence• …

Hex‐Dominant

Tet

Swept

User can rely on defaults or add control

Page 10: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201210

Pervasive Parameters…

Output parameters created from an expression in ANSYS CFD‐Post

Parameter definition in Mechanical Simulation (implicit, explicit, MBD)

Input parameter created from an expression in ANSYS Fluent

In ANSYS DesignModeler

Input Parameters created in the ICEM CFD Add‐in at 14.5

Page 11: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201211

Design Exploration

Page 12: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201212

Optimization

Optimal Candidates

Page 13: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201213

Exhaust manifold design

Input ParametersOutlet Diameter of the manifoldThickness at inletExternal TemperatureEngine RPM

All samples reports max deformation below 1.5 mm 

Parametric Geometry

Pressure & Flow Velocity

Thermal

Deformation

Stress

Response ParametersMax Flow TemperatureMax DeformationMax Von‐Mises stress

Uncertainty of input parameters 

Maximum Displacement should not exceed 1.5 mm

Response Surface showing the effect of engine speed and thickness at outlet on the maximum deformation

Six Sigma Analysis

Example Application

Page 14: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201214

Where are You?

You may want to consider how far along the “path” your simulation practices are

Perhaps you could improve your use of design exploration/optimization and greater leverage your investment in simulation?

Page 15: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201215

Robust Design is Part of Good Simulation…

Simulation (virtual product development) is now considered “mainstream”; Robust Design is not far behind

Surveys show that companies that value engineering simulation are also interested in optimization and robust design

Page 16: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201216

ANSYS Path to Robust Design

Page 17: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201217

Robust Design Tools at ANSYS

• ANSYS Fluent – Built‐in Mesh Morphing and shape Optimization (MMO) tools• hooked up to DX for 14.5

– Adjoint solver Baseline Design

Optimized DesignHigh sensitivity – changes to shape have a big effect on drag

Low sensitivity

High sensitivity – Shape on Downforce

R14R14

Page 18: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201218

Robust Design Tools at ANSYS• ANSOFT Optimetrics– Produce “families of curves”– Simultaneous solve with DSO packs

– Access to EBU Adjoint–Works with Workbench and ANSYS DesignXplorer

• And more 0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00 1000.00

ampturns [A]

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

Fm [n

ewto

n]

Ansoft Corporation Maxwell3DDesign1XY Plot 1Curve Info

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.001in'

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.002in'

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.003in'

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.004in'

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.005in'

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.006in'

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00 700.00 800.00 900.00 1000.00ampturns [A]

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

Fm [n

ewto

n]

Ansoft Corporation Maxwell3DDesign1XY Plot 1Curve Info

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.001in'

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.002in'

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.003in'

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.004in'

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.005in'

FmSetup1 : LastAdaptiveGap='0.006in'

Page 19: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201219

ANSYS DesignXplorerIntegral with Workbench

• Parametric multiphysicsmodeling with  automated updates

• Bi‐directional CAD, RSM, scripting, reporting and more...

Integral with Workbench

• Parametric multiphysicsmodeling with  automated updates

• Bi‐directional CAD, RSM, scripting, reporting and more...

Page 20: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201220

Optimization PartnersANSYS simulation software has been effectively used in concert with many optimization partners• MATLAB (Mathworks)• modeFRONTIER (Esteco)• optiSLang (Dynardo)• eArtius• Optimus (Noesis)• RBF‐Morph• Sculptor (Optimal)• Sigma Technology (IOSO)• TOSCA (FE‐DESIGN)• iSight (Dassault)• Qfin (Qfinsoft)• and more…

Page 21: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201221

ObstaclesWhen simulation experts are asked about obstacles…

Full series of simulations takes too longDifficult to build a parametric geometry or meshLack of simulation resourcesDifficult to string various tools together

(Hardware/Software)

Baseline model is difficult to solveLack of faith in simulation

Algorithm choicesOther

Which parameters are relevant?

Difficult to understand resultsMy design is not suitable for optimization

Main obstacles to design exploration and optimization?

Page 22: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201222

Faster…

Page 23: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201223

• Combines direct optimization with a recursive response surface

• K‐NLPQL (LHS + Kriging + NLPQL, with bound reduction)

Adaptive Single‐Objective

LHS, 6 samples

Bound Reduction, LHS only needs 3 new samples

Bound Reduction, shown in History plot

Page 24: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201224

History chart is a timeline of the optimization process…History Chart

LHS points create first Kriging response surface

NLPQL Optimum is predicted and verification/candidate points are solved and evaluated

Additional LHS points create second Krigingresponse surface

Further verification/candidatesand bound reduction

Additional LHS points create second Krigingresponse surface

Final Candidates

Bound Reduction

Page 25: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201225

• Until ANSYS 14.0, design points had to be solved sequentially

• That is run dp0 through to dp n.

• With potentially hundreds of long‐running design points, this can be timeprohibitive.    

Sequential Design Point Update

dp1

dp2

dp3

Dpn

Seria

l Que

ue

Page 26: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201226

dp1

dp2

dp3

Dpn

RSM• R14.0 supports updating design points simultaneously via RSM.

• With several design points running simultaneously, the time to the overall result can be greatly lessened.  

• 14.5 included a lot of work to improve the robustness, speed and usability of RSM   

Simultaneous Design Point Update

Project on client

Page 27: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201227

RSM with 3rd Party Scheduler

RSM as a scheduler (Unit: Jobs)

RSM as a transport mechanism to a 3rd party scheduler such as LSF or 

PBS (Unit: Cores)

• RSM has two modes.   It can be used as a scheduler or as a mechanism to access 3rd party schedulers for more advanced distributed solves…

You setup the compute servers and how many jobs run on each, the queues and which have 

priority

Third party tools break up the jobs and can distribute them across a 

network

Page 28: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201228

• ANSYS products “grab” licenses as each software component is executed

• To update n design points simultaneously you need n * the licenses.

• This makes running simultaneous design points cost prohibitive.  

• It can also make design points prone to failure if not enough licenses were available during the update process. 

License Usage During Simultaneous Design Point Update

dp1

dp2

dp3

Dpn

Project on client

LicenseServer

Page 29: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201229

• At 14.5 ANSYS is introducing HPC Parametric Packs.

• They allow users to run ndesign points simultaneously, amplifying the “base” license(s)

• Scalable, similar to ANSYS HPC Packs 

• Enabled by ANSYS Workbench, Design Points Updates, Reserved Licensing, and RSM.

ANSYS HPC Parametric PacksNumber of Simultaneous Design Points Enabled

64

2

8

Number of HPC Parametric Pack Licenses1

4

16

32

3 4 5

Page 30: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201230

Time Required For A Parametric Study

dp1dp2dp3dp4

Serie

s of 

Design po

ints

Unused Cores

One set of solvers and 1 HPC Parametric Pack

Without HPC

94% Reduced Time to Innovation

HPC parametric packs amplify both solver licenses and HPC licenses allowing you to drastically reduce time to innovation, without the cost of additional solver or HPC licenses…

One set of Solver keys

Four sets of solver keysOR

+ 1 HPC Pack

Page 31: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201231

HPC Parametric PackExample Applications

Page 32: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201232

Problem Description• Large deflection non‐linear static model investigating design sensitivity to material properties

• Input parameter: material property (8 design points)

Rear Axle Model‐ Evaluating Material Properties

• Detail:– Sparse matrix solver running incore; 4 load steps– 1,393,811 nodes, 829,701 elements (4,151,766 DOF)– Hardware: Dell workstation with dual Intel Xeon E5‐2690 (2.90 GHz, 16 cores), 256 GB memory, 

all jobs running 2 cores

Licensing Solution• 1 ANSYS Mechanical• 2 ANSYS HPC Parametric Packs

Result/Benefit• 5x speedup over sequential execution• Easier and fully automated workflow!

Acknowledgment: Paul Schofield and Jiaping Zhang, ANSYS Houston

Page 33: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201233

Problem Description• Improve mixing while reducing energy• Design objective: 

– Optimize the inlet velocities within their operating limits so that both temperature spread at the outlet and pressure drop in the vessel are minimized

• Input Parameters: fluid velocity at the cold and hot inlet (8 Design Points)

Mixing Vessel‐ Evaluating Boundary Conditions

inlet cold

outlet

inlet hot

• Detail:– K‐Epsilon Model with Standard Wall Functions – 52,000 nodes and 280,000 elements– Workstation: HP workstation with dual Intel Xeon E5‐2687W 

(3.10 GHz, 16 cores), 128 GB memory

Licensing Solution• 1 ANSYS Fluent• 2 ANSYS HPC Parametric Packs

Result/Benefit• ~4.5x speedup over sequential execution

• Easier and fully automated workflowAcknowledgment: Paul Schofield and Jiaping Zhang, ANSYS Houston

Page 34: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201234

Fatigue Analysis of Shaft‐ Evaluating Geometries

Problem• Fatigue Analysis of  steel shaft subjected to shear cyclic loading on top surface while being fixed on the bottom end

• Input parameters: base height, base thickness, groove height (15 design points)

• Detail:– Strain‐life fatigue analysis of shaft subject to cyclic loading on the top surface– 364,959 nodes, 82,863 elements– Hardware: Dell workstation with dual Intel Xeon E5‐2690 (2.90 GHz, 16 cores), 256 GB memory, 

all jobs running 2 cores

Licensing Solution• 1 ANSYS Mechanical, 1 Fatigue Module, 1 ANSYS Design Modeler• 2 ANSYS HPC Parametric Packs

Result/Benefit• 3.2x speedup over sequential execution

• Easier and fully automated workflow

Acknowledgment: Paul Schofield and Jiaping Zhang, ANSYS Houston

Page 35: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201235

Final Remarks

Page 36: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201236

Wrap Up / Next Steps

ANSYS was designed from the ground up to help you to evaluate multiple product design ideas with a range of design parameters across a range of conditions within a single simulation environment, leading to high product integrity!

ANSYS 14.5 brings further robustness and time savings.

Contact me:

[email protected]

+1 734 812 6528

Page 37: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201237

ANSYS 14.5 Webinar Series

Register Now at: www.ansys.com/14.5+Release

Page 38: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201238

ANSYS Training

Interested in Live Training Sessions with ANSYS Experts?

Training classes are offered both locally and online.

View the entire schedule at: http://www.ansys.com/Support/Training+Center

Topics include:• Introduction to ANSYS Mechanical• Introduction to ANSYS DesignModeler• Introduction to ANSYS Fluent• Introduction to ANSYS Icepak• Introduction to ANSYS HFSS• Introduction to ANSYS Explicit Dynamics• Introduction to ANSYS ICEM CFD• And Many More…

Page 39: Explore&ImproveFaster 14

© 2012 ANSYS, Inc. November 15, 201239

Call for Presentations Now Open!

Submit your entry today at www.ansys.com/Conference

2013 ANSYS Regional Conferences