Was ist neu in PERMAS Version 17

Die neue PERMAS Version 17 ist das Ergebnis von etwa 24 Monaten Entwicklungsarbeit. Einen detaillierten Überblick bietet die Software Release Note, die mit der neuen Version verschickt wird.
Um das Pre- und Postprozessing für bestimmte PERMAS-Funktionalitäten entscheidend zu verbessern, wurde in den vergangenen Jahren unter hohem Aufwand mit VisPER (das steht für Visual PERMAS) ein entsprechendes Werkzeug entwickelt. Die sechste reguläre VisPER Version 6 wird zeitgleich mit der PERMAS Version 17 ausgeliefert.

PYTHON ist inzwischen zum Standardwerkzeug für Skripte in PERMAS und VisPER geworden. Um eine einheitliches Tool dafür zur Verfügung zu haben, enthält jede PERMAS-Installation auch Python (als pyINTES). Für eine fortgeschrittene Nutzung von PERMAS und VisPER wird die Verfügbarkeit dieses Standardwerkzeugs sehr empfohlen. Skripte von INTES für spezielle Operationen werden bevorzugt damit zur Verfügung gestellt.

Die Rechenzeiten konnten mit PERMAS Version 17 weiter verkürzt werden:

• Dynamische Karosserieberechnungen mit MLDR und Frequenzganganalyse für große Modelle mit vielen Moden wurde signifikant beschleunigt.
• Die Laufzeit von Kontaktanalysen sehr großer Modelle konnte wiederum verkürzt werden. Dabei konnte ein Beschleunigungsfaktor von über 62 auf 112 Cores über die gesamte Laufzeit erreicht werden.
• Durch zusätzliche Parallelisierung konnte die Berechnung von Elementspannungen und -dehnungen verkürzt werden. Das zeigt sich vor allem bei großen Modellen und Modellen mit vielen Rechthand-Seiten.
• Die Liste von unterstützten Nvidia Tesla Grafikkarten in PERMAS Modul XPU wurde erweitert. Jetzt können sowohl K20, K40, K80 mit CUDA 7.0, 8.0, 9.0 als auch P100 mit CUDA 8.0 verwendet werden. Die CUDA Bibliothek ist nun statisch geladen, so dass der Anwender nur noch die Nvidia Treiber benötigt.

Neues Modul

• Ein neues Modul GINR für eine generalisierte quasistatische Analyse (d.i. Inertia Relief) steht nun zur Verfügung, nachdem diese Funktion einige Jahre von ausgewählten Kunden eingesetzt wurde. Dieses Modul erlaubt die Berücksichtigung einer zusätzlichen Steifigkeit, wie sie typischerweise durch aerodynamische Lasten verursacht wird. Diese zusätzliche Steifigkeit wird als Eingabegröße erwartet.

Größere Erweiterungen

• Erweiterungen des Basis-Moduls (Modul MQA):
  • Das Konzept der lokalen Koordinatensysteme wurde um eine Beschreibung eines Helix- und eines Gewinde-Systems erweitert. Letzteres erweist sich bei der Beschreibung eines Gewindes auf einem glatten Bolzen als sehr nützlich.
  • Bei Oberflächendefinitionen über quadratische Elemente wurde in der letzten Version eine Linearisierung eingeführt. Diese wurde jetzt durch eine Interpolation TRIA2QUAD ergänzt, um die Ergebnisqualität auch nach der Linearisierung zu erhalten.
  • Die SPR-Spannungen wurden neu implementiert, um diese alternative Spannungsberechnung zu verbessern und auszubauen. Die Standard-Spannungsberechnung wurde dabei nicht verändert. Die Smooth Patch Recovery Methode wurde von Zienkiewicz angegeben. Diese Methode hat genauere Spannungen zum Ziel durch Einbeziehung mehrerer benachbarter Elemente statt jeweils nur eines Elements. SPR-Spannungen sind für Elementknoten (von Volumenelementen, Stabelementen, Membranelementen und Schalenelementen) und für Knotenpunkte verfügbar. Das schließt Hauptspannungen ein.
  • Zusätzlich zu den SPR-Spannungen werden Spannungsgradienten normal zu gegebenen Oberflächen berechnet. Diese Werte eignen sich auch für die Verwendung in Lebensdaueranalysen.
  • Zusätzlich zu den SPR-Spannungen gibt es nun einen Absoluten Fehlerindikator (AEI), der die Differenz zwischen den klassischen Spannungen und den SPR-Spannungen angibt. Die Werte sind absolut, weil sie keine relative Abweichung angeben, sondern den direkten Differenzbetrag. Deshalb haben diese Werte auch dieselbe Maßeinheit wie die Spannungen. Spezifische Ergebnisse erlauben die Überprüfung, Verifikation und Bewertung der Presspassung.
  • Die bereits vorhandenen Standard-Balkenquerschnitte wurden um die Vollquerschnitte Kreis und Rechteck ergänzt.
  • Für ein Knotenset kann in der Modellbeschreibung ein Knoten im Schwerpunkt generiert werden. Damit lassen sich zentrale Punkte für MPC-Bedingungen wie Starrkörper erzeugen.
  • Das Model kann beim Export auf HDF auch in komprimierter Form abgelegt werden (als *.gz). Außerdem können die Ergebnisse auf HDF auch als 64-bit Werte gespeichert werden.
• Erweiterungen der Kontaktanalyse (Module CA/CAX/CAU):
  • Kontaktrichtungen wurden auf explizite Bezugssysteme für Kontaktfläche erweitert. Damit können erweiterte Schraubendefinitionen mit Flankenkontakt und Reibung einfach beschrieben werden.

Gewinde-Definition auf glattem Schraubenschaft.
• Erweiterungen der nichtlinearen Statik (Modul NLS):
  • Für das plastische Materialverhalten von wurde das Konvergenzverhalten und die Stabilität verbessert.
  • Die Interpolation für temperaturabhängige Plastizität wurde geglättet, um eine bessere Konvergenz zu erzielen.
  • Die Kombination von nichtlinearer Statik eines Rotors mit einer zyklisch-symmetrischen Eigenwertanalyse ist nun möglich.
• Erweiterungen der linearen Beulrechnung (Modul BA):
  • Um die Beulfaktoren nur in einem bestimmten Bereich zu berechnen, wurde eine Shift-Methode für die Steifigkeit eingeführt
• Erweiterungen der Dynamischen Eigenwertanalyse (Module DEV und DEVX):
  • Die Coleman-Transformation oder Multi-Blade Coordinate Transformation (MBC-Transformation) wurde für die Berechnung rotierender zklisch-symmetrischer Rotoren entwickelt. Eine reelle Eigenwertanalyse auf der Basis einer statischen Berechnung wird eingesetzt, um anschließend eine komplexe Eigenwertanalyse zur Bewertung der Stabilität des Rotors mit anisotroper elastischer Lagerung durchzuführen.
• Erweiterungen der Dynamischen Eigenwertanalyse mit MLDR (Modul MLDR)
  • Verbesserte Aufteilung in Teilstrukturen durch Sonderbehandlung von MPCs.
  • Die statische Reduktion der Guyan-Anteile ist jetzt Standard.
  • Die Berechnung zusätzlicher statischer Verschiebungsmoden wird nun für alle Teilstrukturen durchgeführt.
• Erweiterungen der Dynamik (Modul DRA)
  • Für den Einsatz von visko-elastischem Materialverhalten in der Dynamik wurde eine Methode implementiert, die auf Prony-Reihen basiert. Auf diese Weise können frequenzabhängige Materialdaten in einer direkten transienten und direkten Frequenzgang-Analyse verwendet werden (wie für Gummiteile, feste Treibstoffe, etc.). Um die einzelnen Terme einer Prony-Reihe zu berechnen, wurden zwei neue Elementtypen entwickelt: Ein Hexaeder-Element mit 8 Knoten, wobei jeweils ein Element für einen Term der Reihe verwendet wird, und ein weiteres Element mit internen Knoten, das alle gewünschten Terme einer Reihe berücksichtigt. Letzteres Element nutzt eine interne Kondensationsmethode. Deshalb unterscheiden sich die Ergebnisse der beiden Elemente etwas. Der Anwender kann entscheiden, welches Element er verwenden möchte.
  • Lange Zeit schon ist es mit PERMAS möglich, die Drucksteifigkeit zur elastischen Steifigkeit zu addieren, um den geometrisch nichtlinearen Effekt des Drucks auf Schalenelementen ohne eine zusätzliche Statikanalyse zu berücksichtigen. Diese Zusatzsteifigkeit ist der symmetrische Anteil der Drucksteifigkeit. Nun ist es auch möglich den schiefsymmetrischen Anteil der Drucksteifigkeit bei der Berechnung des dynamischen Antwortverhaltens und bei der komplexen Eigenwertanalyse zu berücksichtigen.
• Erweiterungen der Fluid-Struktur-Akustik (Modul FS)
  • Die modale Analyse zufallserregter Schwingungen für gekoppelte FS-Berechnungen ist jetzt möglich.
• Erweiterungen der Laminat-Analyse (Modul LA)
  • Die Implementierung der Laminatelemente wurde überarbeitet und das Querschubverhalten verbessert.
  • Die elementweise Neudefinition von Daten der einzelnen Schichten ist möglich.
  • Neu ist auch die Berechnung von Versagenskriterien für Laminatschichten in PERMAS. Neben den Kriterien Hoffman und TsaiWu können Versagenskriterien auch über ein Benutzer-Unterprogramm definiert werden.

Laminat-Optimierung eines Rennwagen-Monocoques
• Erweiterungen der parametrischen Optimierung und der Topologie-Optimierung (Module OPT und TOPO):
  • Die Topologie-Optimierung kann verwendet als Free Sizing zur Optimierung von Laminatstrukturen verwendet werden, um aus der Dickenverteilung der Lagen die Form der einzelnen Lagen zu ermitteln. Ein gegebener Lagenaufbau wird dabei hinsichtlich der Dicken optimiert. Weil nicht alle Lagen überall in der Struktur gebraucht werden, können aus dieser Dickenverteilung die Bereiche ermittelt werden, in denen eine bestimmte Lage mit ihrem Faserwinkel gebraucht wird.
  • Die Dimensionsoptimierung (Sizing) von Lagendicken und -winkeln kann ebenfalls durchgeführt werden.
  • Versagenskriterien können als Nebenbedingung der Dimensionsoptimierung verwendet werden.

Andere Erweiterungen

Neben vielen kleinen Erweiterungen in fast allen PERMAS-Modulen wurden alle Schnittstellen angepasst und um die neuen Möglichkeiten erweitert. Die wichtigsten Erweiterungen an den Schnittstellen sind:

• Medina
  • Erweiterung des BOF für mehr als $2^\{31\}$ Werte,
  • Export der neuen Ergebnisse aus PERMAS Version 17.
• Abaqus
  • Unterstützung der Teilstrukturtechnik,
  • Unterstützung der Materialbeschreibung von Dichtungselementen,
  • Konnektoren werden mit einer neuen Methode übersetzt.
• Nastran
  • Unterstützung Nastran Version 2016,
  • Unterstützung der SET3-Eingabe.
• Excite
  • Unterstützung der EXCITE Version 2013.2,
  • Die neue API-basierte Schnittstelle (ExbAPI_V2.0) wird nun unterstützt,
  • Ergebnisse aus EXCITE können jetzt in PERMAS importiert werden, um weitere Ergebnisse zu berechnen.
• Simpack
  • Unterstützung SIMPACK Version 9.
• I-DEAS
  • Die I-Deas Door wird nun als neue EMA-Schnittstelle verwendet (für Experimentelle Modal-Analyse), indem die experimentellen Ergebnisse über das Universal File Format in PERMAS eingelesen werden, um sie anschließend in PERMAS mit den berechneten Werten zu vergleichen, wie über MAC-Faktoren.

Bei allen System-Plattformen erfolgte eine Anpassung an das jeweils aktuelle Release des Betriebssystems.