Autodesk Simulation CFD

Autodesk Simulation – линейка профессиональных программных CAE-решений, позволяющих значительно упростить цикл разработки изделий, существенно повысить качество проектируемой продукции и уменьшить необходимость в этапе физических испытаний.

Линейка включает следующие продукты:

• Autodesk Simulation CFD – система гидрогазодинамических расчетов. Позволяет моделировать ламинарные и турбулентные течения жидкости и газа с расчетом процессов теплообмена.
• Autodesk Simulation Mechanical – система для механического анализа изделий и конструкций. Позволяет решать линейные и нелинейные задачи прочности и кинематики.
• Autodesk Simulation Moldflow – система для моделирования процесса литья под давлением полимерных материалов, включая термопласты, реактопласты и резины.
• Autodesk Nastran In-CAD – встраиваемая в САПР базовая система расчета методом конечных элементов (МКЭ), в основе которой лежит расчетный модуль Autodesk Nastran.
• Autodesk CFD – инструмент, предназначенный для автоматизации гидрогазодинамических вычислений и процессов теплопередачи.

Расчетные программы Autodesk Simulation разработаны специально для использования опытными конструкторами и инженерами. Именно поэтому их использование повышает способности разработчиков решать сложные задачи и раскрывает весь творческий потенциал для созданий инновационных и надежных конструкций и изделий.

Autodesk CFD

Autodesk CFD (Computational fluid dynamics/вычислительная гидродинамика) предназначен для автоматизации гидрогазодинамических вычислений и процессов теплопередачи, принадлежит линейке продуктов Autodesk Simulation.

Технология применяется на всех этапах проектирования, помогая оптимизировать конструкцию, устранить ошибки до передачи изделия в производство и спрогнозировать его поведение во время эксплуатации. Так, производители регулирующих устройств (вентилей, клапанов, турбин, компрессоров) с ее помощью могут заранее проанализировать возможные возникновения сверхзвуковых потоков, гидравлического удара и кавитации, а также отследить механическую эрозию, траекторию частиц и взаимодействие движущихся тел. 18 октября 2023 года состоится «TAdviser SummIT Кибербезопасность»

Autodesk CFD также используется для контроля температурных режимов в электронных устройствах. С его помощью проводится анализ, по результатам которого формируются процедуры управления тепловыми процессами. В результате производители могут сэкономить бюджет, снизив количество опытных образцов, и ускорить вывод своих изделий на рынок.

Autodesk CFD, в первую очередь, адресован предприятиям в машиностроении, авиационной, автомобильной и аэрокосмической промышленности, а также нефтегазовой и энергетической отраслях. Технология также применяется в промышленном и гражданском строительстве, например, для анализа потоков воздуха и тепловых режимов в зданиях. С ее помощью архитекторы и инженеры могут получить информацию о естественном освещении, тепловом комфорте, качестве воздуха и потреблении энергии системами кондиционирования.

2017: Сертификация Autodesk CFD по требованиям ГОСТ и СНИП

26 июля компания Autodesk объявила о сертификации своего программного продукта Autodesk CFD. Сертификат, выданный ЦСПС, подтверждает соответствие Autodesk CFD требованиям ГОСТ и СНИП. Таким образом компании, которым необходимо производить расчеты потоков газов и жидкости (например, при проектировании вентиляционных систем здания или систем охлаждения электронных устройств), могут быть уверены, что результаты полученных расчетов соответствуют российским стандартам.

Autodesk Simulation CFD

В основе продукта лежит технология вычислительной гидродинамики, ставшая достоянием Autodesk после приобретения компании Blue Ridge Numerics в марте 2011 года.

Autodesk Simulation CFD помогает автоматизировать моделирование потоков жидкостей и процессов теплопередачи, облегчая тем самым принятие проектных решений и сокращая потребность в физических опытных образцах.

Автоматизированное моделирование потоков жидкостей и процессов теплопередачи — это быстрая и экономичная альтернатива физическим методам, которые, к тому же, часто не дают полной картины происходящего. Autodesk Simulation CFD является платформой, помогающей предприятиям добиться конкурентных преимуществ и обеспечить значительный рост благодаря оптимизированному использованию человеческих и вычислительных ресурсов.

Также в Autodesk Simulation CFD обеспечивается интеграция с Autodesk Inventor Fusion, что позволяет инженерам быстро модифицировать и упрощать геометрию, поступающую из множества различных САПР.

2011: Выпуск Simulation CFD

Компания Autodesk объявила в августе 2011 года о выпуске программного продукта Autodesk Simulation CFD, который стал самой свежей новинкой в ряду решений Autodesk для моделирования и анализа.

• Новые функции Autodesk Simulation CFD упрощают проведение инженерного анализа благодаря использованию групп объектов САПР и правил исследования проектов. Для перехода к анализу потоков и теплопередачи после проведения предварительной настройки достаточно одного щелчка мыши.
• Автоматизация анализа. Новые возможности, среди которых – встраиваемый в САПР модуль исследования проектов и шаблоны анализа, помогают инженерам избежать многократного выполнения одних и тех же действий.
• Анализ в распределенном режиме. Autodesk Simulation CFD значительно упрощает работу инженеров, позволяя оптимально использовать вычислительные ресурсы компьютерной сети. Новый решающий модуль помогает распределять рабочую нагрузку по нескольким станциям сразу.
• Среда для совместной работы. Новые методы организации рабочего процесса позволяют специалистам совместно вести проектирование. В Autodesk Simulation CFD имеется средство 3D-просмотра, с помощью которого все заинтересованные лица, даже не владеющие лицензиями на Autodesk Simulation CFD, могут просматривать результаты анализа в веб-браузере.
• Центр принятия решений. Autodesk Simulation CFD визуализирует информацию, необходимую инженерам, с помощью программной камеры-тепловизора. В продукте существует возможность настроить способ вывода результатов анализа.

Autodesk CFD

Autodesk CFD is a professional yet easy-to-use computational fluid dynamics (CFD) tool for engineers; in other words, an approachable way to simulate fluid flow and heat transfer to understand how designs will perform in the real world. It is used to simulate everything from pumps & valves, to electronics cooling, to aero & hydrodynamics, to HVAC systems in buildings. Our product is designed with the belief that simulating design performance virtually, early, and often in the product lifecycle results in cheaper and better-performing real-world designs, with faster time to market.

Role and Responsibilities

I was the UX Design Lead for Autodesk’s computational fluid dynamics (CFD) apps from 2011 until 2017, supporting the following successful releases:

• Autodesk Simulation CFD 2012
• Autodesk Simulation CFD 2013
• Autodesk Simulation CFD 2014
• Autodesk Simulation CFD 2015
• Autodesk CFD 2016
• Autodesk CFD 2017

In this role I owned user experience and product design, supporting most new development initiatives. Responsibilities include:

• User research
• Product design strategy, planning, & facilitation
• UI, interaction design, and prototyping
• Visual Design
• Front-end development (XAML-based WPF UIs)
• Usability testing
• Design evangelism and cultural evolution

An example of a large-scale, post-acquisition UI overhaul follows.

Case Study: UI Modernization

User Research and Synthesis

Interface and Interaction Design

The following images show the general process, with a focus on the ribbon toolbar since it is the primary interface: starting from low-fi sketches exploring broad design concepts, to digital wireframes, to mockups, to actual UI prototyping, and finally to polishing the icons and visual design.

Feedback and Additional Work

This project was a resounding success that made our application easier to learn and use. We ended up finishing ahead of schedule thanks to an incredible engineering team and great tooling from Microsoft. In the end, nothing is as satisfying as positive user feedback:

I’ve used a lot of software since entering the product research field. Some were not too difficult to figure out, while others did require a bit of study to get running. Autodesk Simulation CFD 2013 is one of the easiest I’ve encountered.

Anyone fresh into a new piece of software can feel a bit out of sorts, but CFD is laid out in my favorite manner: a progressive ribbon. By this, I mean a ribbon layout that works from left to right in the general order that parallels the standard workflows expected.

The interesting thing to note here is that I never studied how to manipulate planes in CFD. I just followed my instincts, and the tools were there. Nice job usability.

This particular project serves as a broad example of my approach and my varied, technical skillset as a designer. I have designed a majority of the new and redesigned features in the products listed above, so am happy to answer additional questions and requests. For a list of what’s new in each release, see the Autodesk Knowledge Network articles:

• What’s New in Autodesk® CFD 2017
• What’s New in Autodesk® CFD 2016
• What’s New in Autodesk® Simulation CFD 2015
• What’s New in Autodesk® Simulation CFD 2014
• What’s New in Autodesk® Simulation CFD 2013
• Autodesk® Simulation CFD 2012 has been Released

For earlier work, check out my post about CFdesign.

Краткое руководство по работе с Autodesk Simulation CFD 2014

Так сложилось, что по работе мне недавно пришлось столкнуться с задачей по расчету термодинамики теплообменника начерченного в 3D.
И после недолгих поисков выбор мой пал на Autodesk Simulation CFD 2014.
Да к ней достаточно много англоязычных обучающих роликов на YouTube, но некоторые аспекты облегчающие жизнь пользователю пришлось поискать довольно долго.
Вот этими изысканиями я и хочу сегодня с вами поделиться, может кому-то пригодятся.

(Будет долго и нудно так что, для терпеливых)

Итак вначале кратко о задаче стоявшей передо мной.
Мне был дан начерченный в 3D теплообменник (в Autodesk Inventor), представлявший из себя печь раскаленный дым которой должен был проходя по сети труб, разогревать другой воздух использующийся уже далее по назначению. Были заданны все исходный данные и интересовал результат будет ли теплообменник данной конфигурации эффективным то есть какая температура воздуха будет на выходе.

Шаг первый.
Открываем наше 3D тело выбрав путь к нему и указав имя нашего нового проекта, затем жмем Create new design study.

Далее у нас появится вот такое окошко

В первой вкладке которого нам будет предложено убрать мелкие углы которые мешают программе, во второй вкладке будут указанны лишние мелкие объекты которые программа не считает нужным учитывать. (Справедливости ради надо сказать, что если ваша деталь начерчена правильно без зазоров и пересечений эти вкладки будут пусты и незадействованный.)
В третей вкладке указанной на скрине мы укажем программе пустоты которые нужно заполнить воздухом или жидкостью, то есть ее рабочими средами в зависимости от необходимый вам симуляции. Дело в том, что программа не воспринимает пустоты допустим в трубах сами по себе как среду, ей нужно чтобы там вместо пустоты находилась ответная деталь соответствующих размеров, ее можно конечно начертить и в ручную, но это долго, нудно и неправильно когда программа может сделать это сама в 3 клика.

Итак как показано в видеоролике находясь в открытой третьей вкладке мы поочередно выделяем входы и выходы наших пустот нажимая после каждого выделения build surface, когда появляется замкнутый красный контур, после того как оба или все выходы одной из наших пустот построены таким образом мы нажимаем fill void, что автоматически создаст новую деталь в пустоте между двумя ее только что построенными нами поверхностями.

Что же касается четвертой вкладки то, это построение детали вокруг вашей детали, допустим ветра вокруг автомобиля, но на этом я в этот раз останавливаться не буду.

Далее закрыв окошко geometry tools мы окажемся в следующем шаге наей симуляции, выборе материалов. Сверху на основной панели голубым будет отмечена вкладка materials, это означает что сейчас мы должны назначить материалы всем деталям находящимся в нашей сборке. У меня на скрине их 4 одна из которых уже выделена.

Выделив все детали которые будут у вас состоять из одного материала (в моем случае это воздух) нажимаем на кнопку edit и выбираем сначала среду твердое тело/жидкость/сопротивление и.т.д по списку, а потом выбираем что именно за среда в моем случае воздух.

Далее точно также назначаем материалы для других деталей в моем случае сталь для корпуса теплообменника. После назначения всех материалов слева в окне материалы не должно остаться деталей с надписью unsigned, иначе программа будет ругаться при симуляции.

Итак переходим на вкладку boundary conditions, где выделяем поочередно входы наших сред и назначаем им нужные нам параметры(температуру, давление, силу и объем потока и.т.д), в моем случае это воздух с температурой в 10 градусов и объемом потока в 22000 м3/ч. Параметры для каждого входа надо назначать поочередно, для каждого значения, каждый раз нажав принять после ввода, иначе он запомнит только к примеру температуру или давление для одного входа.

Обязательно выделить выходы воздуха или жидкости и назначить им давление оставив ноль в графе значение, так программа поймет куда двигаться газу.

Вкладка boundary conditions отвечает больше за состояния материалов в вашей симуляции, initial conditions за свойства сред, но и выставление вех параметров только во вкладке boundary conditions тоже работает.

(Оговорюсь, что моя задача отличалась от вычисление просто теплообмена между двумя средами, у меня была печь с открытым огнем а просто так его не задать, пришлось назначать постоянную температуру стенкам камеры сгорания в 300 градусов, а они уже отдавали тепло воздуху.)

После того как вы назначили все параметры средам и материалам, можно переходить к следующей вкладке mesh sizing эта вкладка отвечает за построения если я правильно понял облака точек на твердотельной модели, в общем создает сетку на основе которой будет делать свои расчеты.
Здесь на понадобиться только одна кнопка autosize, если ваша модель начерченна правильно то все будет нормально.
Если же как у меня то сначал модель была построена сложно со множеством вхождении пересечений то при симуляции программа может не запуститься жалуясь на невозможность построения сетки. Тогда входим вкладку edit и предварительно выделив всю модель и бегунком изменяем размер сетки, который отвечает за точность симуляции. А также важно выделить галочками surfacrefinment, gap refinment и нажать refin.

Далее можно задать движение кем-нибудь частям во вкладке motion если у вас таковые есть.

И наконец переходим к симуляции.

За нее отвечает вкладка solve, в ней в первой вкладке можно указать количество так сказать кадров которые будут отвечать за вычисление движений сред внутри детали, меня больше интересовала температура поэтому я снизил их со 100 до 15.

На второй вкладке ставим галочку в бокс heat transfer и ниже там где автоконвекция. Также там в графе гравитация, будет три ноля, они соответствуют координатам x,y,z в моем случае по оси игрек надо поставить -1 так как гравитация идет обратно оси игрек.

И нажимаем кнопку Solve.

Итак после того как мы нажали кнопу «решить», CFD 2014 начнет построение сетки и обмен информацией с сервером, обязательно требуется подключение к интернету. (зачем не знаю)
Пойди процесс создание сетки, обмена информацией сервером и т.д. что может занять от 5 до 30 минут.
В идеале мы увидим вот такое окно вычисления процессов симуляции. Еще +30 минут.

После чего мы получаем наши результаты.
Оказываемся мы вот в таком окошке, где вкладка global показывает разные характеристики всей нашей детали.

Вкладка planes позволяет сделать разрез нашей детали по любой из осей, а также изменить отображаемый результат в зависимости от характеристик (температура, давление, скорость потока) для этого нужно нажать на кнопку add (большой зеленый плюс), а для наглядности можно показать стрелками направление движения потоков в средах, во вкладке vector, выбрав velocity vector и изменив размер стрелок во вкладке edit/vector settings.

Также на вкладке points кнопка add добавляет точку в любом месте модели где можно замерять все ее параметры и добавить эту точку в конечный отчет.

И то ради чего делается симуляция это отчет.
Его можно найти и сохранить на вкладке summary file.

Также можно показать движение потоков схематическими линиями.

И для наглядности полное видео создания симуляции этой модели:

При подготовке материала использовались источники:
https://www.tadviser.ru/index.php/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%82:Autodesk_Simulation_CFD
https://arnaudin.github.io/projects/autodesk-cfd/
https://habr.com/ru/articles/207116/