作為一個大型的CAE分析軟件，ANSYS自上個世紀七十年代誕生以來，隨著計算機和有限元理論的發展，在各個領域得到了高度的評價和廣泛的應用。伴隨著版本的更新，分析能力和各項操作功能都得到了更好的完善和發展。ANSYS12.0不僅在計算速度上進行了改進，同時增強了軟件的幾何處理、網格劃分和后處理等能力。另外，它還將創新的、耳目一新的仿真技術引入各主要物理學科。這些改進代表了仿真驅動產品的發展道路又向前邁出了一步。那么ANSYS 12.0到底有哪些新增功能呢?讓我們一睹為快。

　　ANSYS Workbench 2.0

　　ANSYS Workbench作為一個框架，整合現有的應用，將仿真過程結合在一起，這一點在ANSYS Workbench2.0 沒有改變。但在工程頁引入了工程圖解的概念，見圖1。通過該項功能，一個復雜的包含多場分析的物理問題，通過系統間的連接實現相關性。圖表元素右邊的狀態符號顯示了該項設置是否需要更新、輸入等，方便用戶查看設置狀態。

　　圖1 ANSYS Workbench 工程頁

　　圖2 Workbench 核心應用程序界面

　　此外，ANSYS Workbench2.0 平臺還可以作為一個應用開發框架，提供項目全腳本、報告、用戶界面(UI)工具包和標準的數據接口，該功能將隨后發布。在ANSYS 12.0 版本(下文簡稱R12.0)中，工程數據和DesignXplorer將不再是獨立的應用程序，通過UI工具箱它們被重新設計整合在ANSYS Workbench工程頁下。盡管工程頁做了較大調整，但Workbench的核心應用程序及操作界面并無大的改變，見圖2。在這個創新的框架下，工程師可以完成一個完整的仿真分析，包括CAD集成、幾何修改和網格劃分。工程頁的概念圖解幫助指導用戶完成復雜的分析，說明和明確數據關系，捕捉自動化的過程。Workbench2.0 平臺的改進代表了工程仿真又前進了一步。

　　幾何&網格劃分

　　ANSYS在其深厚的知識和經驗的基礎上，融合了豐富的幾何和網格劃分技術，整合后的幾何和網格劃分解決方案，使在不同的分析應用中可以共享幾何和網格信息。R12.0 對幾何接口進行了增強，通過幾何接口用戶可以從CAD系統中輸入更多的信息，包括新的數據類型如：用于模擬梁的線體;附加屬性如顏色、坐標系及在CAD系統中改進的命名選擇等。前處理大模型時，R12.0 支持64位操作系統，可以對幾何進行智能有選擇更新。

　　另外，R12.0增強了Workbench環境下創建幾何的功能，提供了更多的自動化功能和更強的適應性，增加了合并、連接和映射等功能用于曲面建模。新增工具可以自動探測處理常見問題，如小邊、碎面、孔洞、裂痕以及尖角面。新版本對幾何模型的修改和處理速度更快。圖3顯示了清除前后的飛機模型。

　　圖3 采用幾何清除工具前后的飛機模型

　　R12.0提供的自動網格劃分解決方案在流體動力學中取得了很好的結果。應用GAMBIT和TGrid的網格附加功能，R12.0可以在用戶最少的輸入下自動生成CFD合適的四面體網格。另外，它融合了高級尺寸函數(與GAMBIT相似)、棱柱及四面體網格(來自TGRID)及其他網格劃分技術，改進了網格平滑度、網格質量、劃分速度、曲率近似功能捕捉、邊界分層捕捉等功能。盡管許多功能是出于流體動力學的應用而改進的，但是它們仍然可以用于其他仿真分析應用。如結構分析的用戶可以應用這些功能，得到自動化和高質量的網格。新增多區域網格劃分方法使用戶在不進行幾何分割的情況下，可以對復雜的幾何模型劃分純六面體網格，圖4為對制動器轉子執行一次操作所得到的六面體網格。

　　圖4 制動器轉子六面體網格

　　多物理場

　　R12.0擴展了多場求解功能。新增功能及增強功能可以處理直接耦合和順序耦合的多物理場問題，ANSYS Workbench下的多場仿真速度比以前更快。ANSYS求解器技術的整合在12.0版本往前邁出了很大一步，它將求解器技術整合在一個統一的仿真環境中，為多場求解提供了更有效的工作流程。R12.0擴展分布式稀疏求解器功能，支持共享和分布式計算環境下的非對稱和復雜矩陣。這種新的求解技術極大的縮短了某些直接耦合解決方案的執行時間，如：包含Pelbier和Seebeck效應的耦合場分析，及熱電耦合分析等。此外，R12.0可以應用直接耦合單元模擬多孔介質的滲流。

　　ANSYS Workbench框架支持直接耦合場分析，相關的直接耦合場單元(SOLID226和SOLID227)在R12.0 中支持熱電耦合。此外，還有一個熱電耦合分析系統支持溫度相關材料的焦耳傳熱分析和高級熱電效應，如Peltier和Seebeck效應。該新技術的應用領域包括集成電路、電子軌道、排線和熱電制冷裝置的焦耳熱分析。

　　圖5 Workbench熱電分析(WEG電子裝備授權)

　　流固耦合功能中提出了一種新的immersed solid FSI算法。這是一種基于網格重疊的技術，流體和固體區域各自擁有一套網格，該算法可以幫助工程師模擬流場中運動剛體與流體之間的相互作用。

　　ANSYS12.0流固耦合的另外一個新功能就是可以通過求解非線性雷諾壓膜方程來解決FSI涉及到薄液膜的非線性瞬態應用。12.0版本提供了另外一個FSI功能：該功能采用ANSYS FLUENT 軟件作為CFD求解器來進行單向流固耦合計算，基于ANSYS CFX-Post，可以使表面溫度和表面力在ANSYS FLUENT 和ANSYS Mechanical 產品之間進行單向載荷傳遞。

　　結構力學

　　R12.0版本在結構應用中的驅動工程設計過程功能得到了很大的改進。許多新增功能及工具整合到ANSYS Workbench平臺中，以縮短整體求解時間。另外，在單元、材料、接觸、求解性能、線性動力學、剛體動力學及柔體動力學上也集中進行了改進。

　　圖6 渦輪機葉片裂紋分析(經PADT許可)

　　R12.0中最引人注目的新單元是用于超彈性或成型應用中模擬復雜幾何的4節點四面體單元。它縮短了從幾何到求解的分析時間，同時保證了求解的精確度。材料方面，R12.0在原有眾多選擇的基礎上引入了幾個新材料，如Gurson 材料，可用于模擬聚合體及聚合體復合材料等。

　　裝配體分析在仿真中越來越重要，R12.0增強了高級接觸屬性，開發了包含許多附加接觸模擬特征，包括新增接觸算法、自動去除過約束、接觸對修整等功能，在求解接觸問題時得到了極大的改進，縮短了求解時間，加快了求解速度。

　　R12.0改善了求解器性能，新增一個新的模態求解器，稱為SNODE，用于求解大模型(超過100萬自由度)的大數量振型(幾百階振型)。并行求解器DANSYS的功能也進行了改進，支持低頻電磁分析、高頻電磁分析、PSTRESS、PSOLVE及循環對稱分析，可以有效的解決電磁問題、轉子動力學問題及循環對稱和應力強化問題，節約求解時間，圖7為所用并行數目對求解時間的影響。

　　圖7 DANSYS 求解效率對此

　　R12.0的ANSYS Structural、Mechanical及Multiphysics在剛體動力學及柔體動力學功能上做了改進，可以快速處理機構問題。另外，對數據及過程的眾多改進增加了ANSYS剛體動力學仿真的易用性。

　　流體動力學

　　ANSYS12.0將流體產品完全整合進入ANSYS Workbench環境，以在該環境下進行仿真工作流程的管理。用戶可以采用ANSYS CFX或ANSYS Fluent軟件來創建、連接、重復使用系統來完成自動參數化分析，然后進行多物理場無縫管理仿真。

　　圖8 內燃機腔內流體仿真結果

　　ANSYS一直堅持不懈的致力于改進求解器速度，以使所有用戶從中受益。囊括工業應用的一系列案例顯示，ANSYS CFX和ANSYS Fluent求解器速度已經提高了百分之十到百分之二十，甚至更多。ANSYS Fluent通過顯式松弛增加了密度基隱式求解器的穩健性，采用遞推映射方法選項來提高穩定性(耦合壓力基求解器)，極大的增強了求解器性能。另外，程序的易用性在很多方面得到了提高。ANSYS Fluent采用單視框用戶圖形界面，以便和Workbench中的其他分析應用保持一致，同時改進了TUI日志的魯棒性，擴展了Case Check的推薦功能，在用戶界面發展史上又前進了一步。ANSYS CFX軟件界面風格上的主要改進在于增加了圖形用戶界面(GUI)。R12.0的一個新功能允許用戶定制界面外觀，包括創建附加輸入面板。用戶定制面板通過GUI布局和必要的輸入進行用戶控制，將常用操作及基本過程封裝一起。

　　仿真過程及數據管理

　　在今天全球化環境中，仿真和設計不斷整合，使有效的合作和交流成為產品開發必不可少的一部分。ANSYS工程知識管理(EKM)解決方案旨在解決仿真和CAE界的仿真過程和數據管理(SPDM)難題。ANSYS EKM內容包括如何更好的管理、共享、重復使用仿真數據以及如何更好的捕捉和重復使用仿真結果等工程專業技術。ANSYS EKM共有三個版本：ANSYS EKM Desktop、ANSYS EKM Workgroup和ANSYS EKM Enterprise。這三個版本分別面向個人用戶、工作組及企業級用戶。ANSYS EKM Desktop是ANSYS EKM產品中單用戶、局部環境版本，作為ANSYS 12.0的一部分，已經集成于ANSYS Workbench環境，通過提供數據搜索、修補和報告特性，解決已有仿真任務的重復使用，滿足單個用戶的數據管理需求，提高生產力和效率。

　　應用

　　ANSYS Emag—由于Ansoft和ANSYS開發團隊的組合，ANSYS將Ansoft電子設計分析(EDA)產品融入ANSYS框架，ANSYS用戶將很快在R12.0中從改進和擴展的Electromagnetic功能中獲益。R12.0中的Emag軟件包含了一個新的用于低頻電磁仿真3D實體單元家族(SOLID236和SOLID237)，可用于模擬靜磁、時諧分析和瞬態電磁場分析。用戶可以在大多數的低頻電磁應用中采用這些新單元，如電機、螺線管等電磁設備。

　　圖9 ANSYS Workbench環境下采用SOLID236和SOLID237和新的絞線選項求解的非線性瞬態分析

　　顯式動力學

　　ANSYS在R12.0顯式動力學領域傾注了大量的精力，包括附加新產品，使該技術對于無使用經驗者也易于使用。另外，增強ANSYS LS-DYNA和ANSYS AUTODYN 產品功能，為用戶提供更大的便利。R12.0 新增ANSYS Explicit STR軟件，它基于ANSYS AUTODYN產品的拉氏算子部分，是ANSYS Workbench 界面第一個本地顯式軟件。 該技術可用于滿足固體、流體、氣體及它們之間相互作用的非線性動力學仿真，對已有Workbench環境使用經驗的用戶，該軟件有更好的適用性。

　　圖10 ANSYS STR應用實例

　　R12.0的新增功能和增強功能還有很多，本文未作一一闡述。相信R12.0的問世，將極大地推動CAE的發展進步，為用戶帶來更多的驚喜和便利。