Trang chủ
Xu thế Công nghệ
Cách mạng mô phỏng số với ANSYS Discovery Live

Cách mạng mô phỏng số với ANSYS Discovery Live

2020-10-02 ---

Theo Justin Hendrickson, Giảm đốc Sản xuất, ANSYS

Với giải pháp mới mang tính cách mạng - ANSYS Discovery Live - mô phỏng giờ đây không còn tính theo giờ hay ngày nữa mà là tức thời. Các kỹ sư có thể nhận được kết quả mô phỏng trong vài giây sau khi nhập mô hình hình học mà không cần đến một hệ thống tính toán hiệu năng cao.

Đó là bởi vì tất cả các tính toán được xử lý bởi card đồ họa (GPU), trong đó có hàng ngàn bộ xử lý chạy song song. Đặc biệt chúng ta có thể dễ dàng thay đổi thiết kế, các trường vật lý và ngay lập tức xem kết quả.

Sự tương tác và phản hồi tức thì này cho phép các kỹ sư thử nghiệm nhiều biến hơn ngay từ giai đoạn thăm dò kỹ thuật số trong quá trình thiết kế, điều này rất quan trọng để phát triển các sản phẩm thành công trong một thị trường có tính cạnh tranh cao.

Mô phỏng tức thời trong ANSYS Discovery

Các hiểu biết và xu hướng kỹ thuật là tức thời, bất kể có sự thay đổi nào trong
các điều kiện biên như tỷ lệ dòng chảy, loại vật liệu và áp suất vào.

Lần đầu tiên trong lịch sử, các kỹ sư có thể khám phá các lựa chọn thiết kế bằng cách sử dụng các trường vật lý tương tác trong thời gian thực. Một giải pháp mang tính cách mạng mang tên ANSYS Discovery Live cho phép tối ưu hóa thiết kế ban đầu và thử nghiệm ảo trong các môi trường chất lỏng, nhiệt, cấu trúc và phân tích dao động riêng.

Giải pháp giúp mô phỏng nhanh hơn và dễ dàng hơn bao giờ hết bằng cách cắt giảm gần như tất cả thời gian yêu cầu cho thiết lập, giải và hậu xử lý. ANSYS Discovery Live được thiết kế dành cho các kỹ sư không chuyên trong lĩnh vực phân tích mô phỏng. Nó cho phép họ tập trung vào thiết kế sản phẩm và các trường vật lý trong khi quá trình mô phỏng được thực hiện gần như tự động.

ANSYS Discovery Live

Dễ sử dụng, tốc độ và tính tương tác là những đặc tính chính làm nên giá trị của Discovery Live đối với người dùng mô phỏng không chuyên, những người muốn khám phá khả năng của nhiều lựa chọn thiết kế khác nhau.

Việc mô phỏng và thiết kế ban đầu thực sự "live": Mô phỏng thay đổi ngay lập tức bất cứ khi nào một kỹ sư thay đổi các điều kiện, mà không cần tạm dừng hoặc khởi động lại quá trình.

Hiệu quả cũng tương tự như thử nghiệm thiết kế trong thời gian thực. Các kỹ sư có thể đưa ra quyết định thay đổi các trường vật lý, chỉnh sửa hình học trực tiếp và thay đổi cách hiển thị kết quả, tất cả đều “trực tiếp”.

Hiện thị kết quả trong Discovery Live

Người sử dụng có thể chọn cách hiển thị kết quả, chẳng hạn như cách hiển thị này của dòng khí trong một đường ống.

GPUs khả thi hóa mô phỏng tức thời

Discovery Live khả thi một phần là do sự gia tăng ngoạn mục sức mạnh tính toán được thực hiện bởi các bộ xử lý đồ hoạ (GPU), giờ đây đã vượt quá sức mạnh của các bộ xử lý trung tâm (CPU). Các GPU mới nhất có thể tiệm cận khả năng và tốc độ của siêu máy tính, do đó, mô phỏng có thể được hoàn thành trong vài giây thay vì hàng giờ.

GPU có khả năng tính toán mạnh hơn nhiều CPU. Một GPU có giá 500 USD hiện có hàng nghìn bộ vi xử lý chạy song song; một card CPU tương tự chỉ có 8 bộ. ANSYS đã quyết định tận dụng sức mạnh tính toán mạnh mẽ này của GPU - kết quả là tốc độ tăng gấp 1000 lần - giúp đạt được kết quả mô phỏng chỉ trong vài giây thay vì phải tốn hàng giờ hoặc ngày.

"Tôi cực kì ấn tượng với tốc độ và tính tiện dụng của Discovery. Thời gian để hoàn thành một phân tích được tính bằng phút chứ không phải giờ.
Bạn sẽ có thể thực hiện phân tích đầu tiên của mình trong vòng chưa đầy 15 phút. "

- Waylan Elmenhurst, Người sáng lập và hiệu trưởng của 4D RD & D

Viết phần mềm cho bộ giải song song khối lượng lớn

Một mô phỏng dao động riêng với 1300 chi tiết được giải trong 30 giây.

Phần mềm được viết cho CPU sẽ không tự động chạy trên các GPU. Các kỹ sư của ANSYS đã xây dựng một giải pháp mới từ nền tảng ban đầu để bộ giải có thể hoạt động trên cấu trúc GPU. Họ bắt đầu với những phương pháp số đáng tin cậy đã được chứng minh - xương sống của dòng sản phẩm ANSYS và kết hợp các phương pháp đó vào cấu trúc song song đồ sộ của GPU.

Điều này liên quan đến việc tìm ra các thuật toán và phương pháp độc quyền mới lợi dụng sức mạnh tính toán mạnh mẽ mà GPU cung cấp. Bởi vì GPU hiện đang được cải tiến nhanh hơn phương pháp tiên lượng theo định luật Moore (trong khi các CPU đang phát triển chậm hơn), việc dựa trên Discovery Live chạy bằng GPU đảm bảo cải thiện tốc độ và khả năng tính toán trong nhiều năm tới.

Một điểm quan trọng khác là sử dụng ANSYS SpaceClaim làm nền tảng cho Discovery Live. Do Discovery Live bao gồm tất cả các công cụ của SpaceClaim để tạo và sửa đổi hình học, các kỹ sư có thể lấy bất kỳ mô hình 3-D nào để không chỉ mô phỏng nó, mà còn thay đổi nó, tất cả được thực hiện trong khi mô phỏng đang chạy.

Ngay sau khi một sửa đổi được thực hiện, kết quả ngay lập tức cập nhật mà không cần chia lưới lại. Để mô phỏng trở thành một động lực thúc đẩy thiết kế 3-D, điều quan trọng là một nhà thiết kế có thể thực hiện các sửa đổi để cải thiện thiết kế ngay trong mô phỏng.

"Đây là công cụ nhanh nhất, dễ dàng nhất và trực quan nhất mà tôi từng thấy đối với .
Bắt đầu với một mô hình tham số, bỏ qua lưới và thấy được nó ổn định trong thời gian thực là một điều vô cùng đặc biệt.
Việc có thể sửa đổi các thành phần trong thời gian thực giúp tăng tốc độ tính toán theo một cách mà tôi chưa thể tính được. "

- Waylan Elmenhurst, Người sáng lập và hiệu trưởng của 4D RD & D

Sự phức tạp của mô hình không còn là một nhân tố đáng ngại

Mô phỏng nhiệt thể tích tức thời cho thấy sự pha trộn của chất lỏng.

Với Discovery Live, chạy mô phỏng cấu trúc nhanh của toàn bộ khối động cơ, hoàn thành các kênh làm mát và hàng chục nghìn mặt chỉ diễn ra trong vài giây. Người sử dụng đơn giản chỉ cần chọn vật liệu, áp đặt tải trọng, ví dụ như mặt xi lanh pittông nơi quá trình đánh lửa sẽ diễn ra sẽ sinh ra 1 lực lớn; và nhìn thấy miền ứng suất trong toàn bộ khối 3D của động cơ trong vài giây.

Họ thậm chí có thể tạo ảnh động kết quả mô phỏng biến dạng chỉ với một nhấp chuột đơn giản. Làm thế nào để một khối động cơ phức tạp với hàng chục ngàn mặt được giải quyết nhanh như vậy? Câu trả lời là sự phức tạp của hình dạng không phải là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới thời gian giải quyết.

Mô phỏng trong Discovery Live phụ thuộc chủ yếu vào khối lượng của kiểu hình đang được giải quyết chứ không phải độ phức tạp của nó.

Linh hoạt và cực kì chính xác

Discovery Live cho phép người dùng chọn tốc độ cao hơn hoặc độ trung thực cao hơn cho một mô phỏng nhất định. Trong thực tế, điều này quyết định các tiêu chí nhỏ nhất sẽ được giải quyết và cho phép người dùng đạt được cân bằng giữa tốc độ mô phỏng và độ trung thực. Khả năng tương tác và tốc độ của Discovery Live giúp các kỹ sư linh hoạt hơn bao giờ hết trong việc khám phá các lựa chọn thiết kế từ rất sớm trong quá trình phát triển.

Mô phỏng ứng suất cơ học

Tính linh hoạt này kích thích nghiên cứu nhiều khả năng trong một thời gian ngắn, có tiềm năng khám phá ra những ý tưởng mới đột phá mà sau đó có thể được cải tiến và phát triển hơn nữa. Discovery Live cung cấp các giải pháp định hướng mà việc thay đổi một tham số nhất định hoặc đặc tính hình học giúp thay đổi thiết kế theo hướng mong muốn.

Một khi một thiết kế đầy hứa hẹn được xác định trong Discovery Live, các kỹ sư có thể liên tục nhập nó vào phần mềm ANSYS Mechanical, ANSYS hoặc ANSYS AIM để chạy mô phỏng cho độ chính xác và tính trung thực cao hơn.

"Tôi chưa bao giờ nghĩ rằng tôi có thể làm mô hình hóa trừ khi tôi theo học một bằng kĩ thuật cao hơn.
Tôi đã hoàn thành các mô phỏng cấu trúc trong Discovery Live sau khi chỉnh sửa nó chỉ trong vài giờ.
Giao diện trực quan làm cho tôi dễ dàng sử dụng để sắp xếp hợp lý quá trình giải quyết của tôi. "

- Olivia Lim, Kỹ sư Vật liệu / Kết cấu, Trung tâm Năng lượng Airloom

Mô phỏng dòng khí bên ngoài xung quanh xe

Discovery Live có thể dễ dàng chuyển đổi giữa các trường vật lý -
từ luồng không khí bên ngoài xung quanh chiếc xe đến các ứng suất cơ học trên cùng một chiếc xe - chỉ mất vài giây.

Niềm tin với mô phỏng

Với Discovery Live, ANSYS đưa mô phỏng theo một hướng hoàn toàn mới, cho phép tất cả các kỹ sư ở mọi cấp độ chuyên môn được hưởng lợi. Khả năng nhìn thấy kết quả mô phỏng gần như ngay lập tức là một bước nhảy vọt về cách sử dụng mô phỏng kỹ thuật trong tương lai.

Trước kia, kết quả trong thời gian thực là bất khả thi khi sử dụng trong phát triển sản phẩm sẽ giúp tiết kiệm chi phí sau này. Việc thay đổi thiết kế trở nên cực kỳ đắt đỏ.

Hơn thế, tận dụng khả năng tương tác của công cụ, người dùng có thể thử nghiệm với nhiều lựa chọn thiết kế hơn. Thí nghiệm chuyên sâu sớm có thể khám phá ra những thiết kế mới lạ mà có thể đã bị bỏ qua khi sử dụng các quy trình truyền thống, dẫn đến các sản phẩm đột phá.

Đó là lý do tại sao ANSYS Discovery Live được đặt tên như vậy: Lần đầu tiên trong lịch sử, mỗi kỹ sư đều có khả năng thử nghiệm trực tiếp, giúp họ khám phá và mở khóa những ý tưởng lớn tiếp theo.

Bốn thế mạnh của ANSYS Discovery

1) TỐC ĐỘ. Mô phỏng rất nhanh, gần như là "trực tiếp". Sức mạnh tính toán của GPU cùng với kiến trúc hiệu quả từ ANSYS khiến cho tốc độ này khả thi.

2) DỄ DÀNG SỬ DỤNG. Việc chia lưới được loại bỏ và phần mềm tự đưa ra tất cả các quyết định thiết lập mô phỏng để người dùng có thể tập trung vào các trường vật lý chứ không phải tập trung vào bộ giải.

3) PHƯƠNG PHÁP MỚI. Các phương pháp mô phỏng mới cho phép mô phỏng hình học CAD thô hoặc dữ liệu như tệp . Những phương pháp tiếp cận này khiến cho độ phức tạp của mô hình không còn làm chậm thời gian giải quyết.

4) KHẢ NĂNG TƯƠNG TÁC. Chức năng tương tác cho phép các kỹ sư thay đổi trường vật lý, hình học và kết quả hiển thị một cách nhanh chóng, khiến tốc độ khám phá các ý tưởng mới nhanh như cách chúng nảy ra.