ANSYS

ANSYS — это инженерное программное обеспечение для численного моделирования физических процессов, разработанное американской компанией ANSYS, Inc. (основана в 1970 году Джоном Свенсоном). Пакет используется для решения задач в области механики деформируемого твёрдого тела, гидрогазодинамики, электродинамики, теплопередачи, акустики и мультифизики. ANSYS является одним из наиболее распространённых коммерческих продуктов класса CAE (Computer-Aided Engineering) в мире, применяемым в авиастроении, автомобилестроении, энергетике, электронике и других отраслях промышленности.

История

Разработка ANSYS началась в 1970 году, когда Джон Свенсон основал компанию Swanson Analysis Systems, Inc. (SASI). Первая версия программы, ANSYS 1.0, была выпущена в 1971 году и работала на мейнфреймах. В 1994 году компания сменила название на ANSYS, Inc. В 2000-х годах произошла серия поглощений: в 2003 году была приобретена компания CFX (разработчик программного обеспечения для вычислительной гидродинамики), в 2006 году — Fluent, Inc. (также специализировавшаяся на CFD), а в 2011 году — Apache Design Solutions (инструменты для анализа электромагнитных полей и целостности сигналов). В 2020 году ANSYS, Inc. объявила о приобретении компании Lumerical, занимающейся фотонным моделированием. На 2024 год компания имеет штаб-квартиру в Питтсбурге (штат Пенсильвания, США) и офисы по всему миру, включая представительства в России (до 2022 года).

Основные модули и возможности

ANSYS представляет собой интегрированную платформу, включающую несколько программных продуктов, каждый из которых ориентирован на определённый тип анализа.

Механика деформируемого твёрдого тела (ANSYS Mechanical)

ANSYS Mechanical — основной модуль для структурного анализа. Он позволяет проводить статические и динамические расчёты напряжённо-деформированного состояния, устойчивости, контактных взаимодействий, а также моделировать нелинейные процессы (пластичность, ползучесть, гиперупругость). Поддерживаются методы конечных элементов (МКЭ) с различными типами элементов (балки, оболочки, объёмные элементы). Модуль используется для прочностных расчётов деталей машин, строительных конструкций, корпусов судов и самолётов.

Вычислительная гидродинамика (ANSYS Fluent и ANSYS CFX)

ANSYS Fluent — один из наиболее популярных коммерческих решателей для вычислительной гидродинамики (CFD). Он основан на методе конечных объёмов и поддерживает моделирование ламинарных и турбулентных течений, многофазных потоков, горения, тепломассообмена. ANSYS CFX — альтернативный решатель, использующий конечно-объёмный метод с неявной схемой по времени. Оба модуля применяются в аэродинамике, гидравлике, проектировании вентиляционных систем, теплообменников и турбин.

Электромагнитное моделирование (ANSYS Maxwell и ANSYS HFSS)

ANSYS Maxwell — инструмент для анализа низкочастотных электромагнитных полей (магнитостатика, электростатика, вихревые токи). Используется при проектировании электродвигателей, трансформаторов, датчиков. ANSYS HFSS (High-Frequency Structure Simulator) — модуль для высокочастотной электродинамики, основанный на методе конечных элементов в частотной области. Применяется для расчёта антенн, СВЧ-устройств, печатных плат и корпусов электронной аппаратуры.

Мультифизика

ANSYS позволяет объединять различные физические модели в рамках одного расчёта. Например, моделирование тепловыделения в электронном компоненте (электродинамика) с последующим расчётом теплового поля (теплопередача) и возникающих тепловых деформаций (механика). Для этого используется платформа ANSYS Workbench, которая обеспечивает связь между модулями.

ANSYS Workbench

ANSYS Workbench — графическая среда интеграции, в которой пользователь может создавать геометрию (или импортировать её из CAD-систем), задавать граничные условия, выбирать решатели и визуализировать результаты. Workbench поддерживает параметрические расчёты, оптимизацию и автоматизацию с помощью скриптов на языке Python.

Применение в промышленности

ANSYS широко используется в различных отраслях:

• Авиастроение и космонавтика: прочностные расчёты фюзеляжа, крыльев, шасси; аэродинамические исследования обтекания; моделирование работы двигателей.
• Автомобилестроение: краш-тесты (имитация столкновений), расчёт кузова на усталость, оптимизация аэродинамики, анализ систем охлаждения.
• Энергетика: проектирование турбин, реакторов, теплообменников; анализ прочности трубопроводов и сосудов под давлением.
• Электроника: тепловое моделирование микросхем, анализ целостности сигналов, электромагнитная совместимость.
• Медицина: биомеханические расчёты (например, прочность имплантатов, течение крови в сосудах).

Критика и ограничения

Основные претензии к ANSYS связаны с высокой стоимостью лицензий (от десятков до сотен тысяч долларов в год в зависимости от набора модулей), что делает его недоступным для малых предприятий и частных исследователей. Кроме того, интерфейс некоторых модулей считается сложным для освоения, а документация — объёмной, но не всегда структурированной. В академической среде и в России распространено использование пиратских версий, что создаёт юридические риски. В 2022 году компания ANSYS, Inc. приостановила деятельность в России, что привело к прекращению продаж и технической поддержки для российских пользователей.

Альтернативы

Существуют как коммерческие, так и открытые альтернативы ANSYS. Среди коммерческих — Abaqus (Dassault Systèmes), COMSOL Multiphysics, Siemens NX Nastran. Среди свободных — OpenFOAM (вычислительная гидродинамика), CalculiX (структурный анализ), Elmer FEM (мультифизика). Однако ни одна из альтернатив не обладает столь же широким набором интегрированных модулей и уровнем поддержки, как ANSYS.

Интересные факты

• ANSYS является одним из первых коммерческих пакетов МКЭ, появившихся на рынке.
• По данным компании, продуктами ANSYS пользуются более 50 000 организаций по всему миру.
• В 2020 году ANSYS, Inc. была включена в список Fortune 1000.
• Программное обеспечение использовалось при проектировании таких объектов, как Boeing 787 Dreamliner, марсоход Curiosity и Большой адронный коллайдер.

Источники

• ANSYS, Inc. — официальный сайт компании (ansys.com)
• Swanson, J. A. (1970). «ANSYS: A Finite Element Program for Structural Analysis». Swanson Analysis Systems, Inc.
• «ANSYS Mechanical User's Guide», 2023 Release
• «ANSYS Fluent Theory Guide», 2023 Release
• Отчёт ANSYS, Inc. за 2023 финансовый год (SEC Filing)
• Статья «ANSYS» в энциклопедии «Engineering Software» (2021)