Некоторое время назад прошел конкурс «ANSYS Discovery Live Engineering Design Competition», посвященный вопросам инженерной разработки изделий с помощью продукта ANSYS Discovery Live. На тот момент продукт был доступен всем пользователям в рамках программы ознакомления (technical preview). Судя по полученным отзывам и количеству участников, конкурс прошел с ошеломительным успехом.
Конкурсанты поделились историями об инновационном проектировании, основанном на расчетах (simulation-aided design). Они рассказали о том, как физическое моделирование позволило им лучше понять их разработки, не прибегая к вычислениям на суперкомпьютерах и кластерах. По результатам конкурса было выбрано три победителя, и сейчас мы хотим рассказать о конкурсанте, занявшем первое место, – Михаэле Страдлере (Michael Stadler) из компании Ninsight.
Жажда скорости
Компания Ninsight разрабатывает стенты для биомедицинских задач. Они изготавливаются из стали или нитинола и нужны для расширения сечения артерий, частично блокированных стенозом. Проблемы такого рода часто возникают при нарушении режима питания и связанного с этим сокращения поперечного сечения артерии, заполненного кровью. Когда на кону стоят человеческие жизни, численное моделирование играет важную роль при разработке конструкции стента и проверке его характеристик при различных эксплуатационных условиях. Использование классических подходов и продуктов на основе метода конечных элементов (МКЭ) для решения задач прочности и CFD-продуктов для задач гидрогазодинамики (CFD – Computational Fluid Dynamics) приводит к большим временным затратам. Процесс может занимать до двух месяцев. Компания Ninsight стремилась оптимизировать подход к разработке и ускорить проектирование за счет уменьшения числа вариантов, которые проходят полноценную проверку.
Ninsight нуждалась в инструменте, который позволил бы обойти привычные ограничения процесса проектирования. При разработке действительно новых идей классический подход с использованием параметрической оптимизации не приносит большой пользы. Анализируя свои продукты, инженеры компании пришли к выводу, что изменение параметров конструкции не настолько сильно влияет на характеристики, как изменение самого вида конструкции. В Ninsight искали эффективно работающий подход для оценки принципиально отличающихся вариантов. Метод проб и ошибок прост по своей сути, но постоянно требует начинать процесс «с нуля»: упрощение, подготовка к расчетам, постановка задачи, расчеты, проверка.
Михаэль знакомится с Discovery Live
Михаэль не был новичком в области высокопроизводительных вычислений на базе графических процессоров (GPU). Он знаком с продуктами компании NVIDIA, программными интерфейсами и расчетными технологиями CUDA. Ранее он уже использовал преимущества данных технологий для расчета задач аэродинамики и выполнения других численных расчетов. В то же время, Discovery Live, который использует последние достижения технологий от NVIDIA в области GPU, стал для него открытием.
Технология Discovery Live позволила Михаэлю и его коллегам из Ninsight создавать цифровые прототипы конструкций мгновенно после возникновения первоначальной идеи. Не менее важно другое: как только идея находила воплощение в модели – тут же были готовы и результаты расчетов. Таким образом инженеры смогли проверять множество вариантов конструкции. В Discovery Live используется технология прямого геометрического моделирования, которая легко позволяет удалять части моделей и заменять их на массивы новых элементов, сразу же объединяя с оставшимися частями.
При расчёте деформирования конструкции стояла задача соблюсти необходимый баланс между гибкостью и жесткостью стентов. При небольшом диаметре изделия должны быть очень податливыми, чтобы не мешать естественному изгибу сосуда при движении человека. Излишняя жесткость может повредить внутреннюю стенку артерии и вызвать повторный стеноз.
Второй критерий оптимизации относился к CFD-задаче и заключался в том, чтобы свести к минимуму любые возмущения кровотока от стента, так как они могут вызвать различные патологии. Страдлеру понравилось использовать одну и ту же геометрию для расчёта прочности и гидродинамики. Работа с единой геометрией не требует внесения дополнительных изменений: переход от одного типа задач к другому происходит быстро и без проблем. Это позволило изучить поток внутри стента для поиска опасных мест в конструкции, где из-за образования вихрей могут осаждаться тромбоциты и возникать рестеноз (повторное возникновение стеноза в месте установки стента или в других местах). Благодаря тому, что Discovery Live использует вычислительную мощность тысяч ядер графических процессоров NVIDIA, Михаэль мгновенно получал результаты расчетов и мог судить о влиянии различных конструктивных решений.
По словам Михаэля, Discovery Live – это именно тот инструмент, которого ему не хватало в арсенале. Учитывая, что на начальном этапе разработки изделия чувствительность и точность классических инструментов физического моделирования обычно излишня, точность Discovery Live соответствует исходной задаче – «прикидочной» оценке и отсеву плохих вариантов. На последующем этапе целесообразно использовать флагманские продукты – ANSYS Mechanical и ANSYS Fluent – для окончательной проверки результатов и уточнения параметров конструкции. В результате внедрения Discovery Live процесса проектирования в компании Ninsight удалось кардинально улучшить, время на разработку по оценке специалистов сократилось до 50 раз.
Если вы хотите больше узнать о применении Discovery Live в компании Ninsight и о том, как в нём реализована технология расчёта на видеокарте, вы можете ознакомиться с материалами вебинара (на английском языке), который прошёл 19 июля. В рамках вебинара Михаэль на своём опыте рассказал, как использование NVIDIA GPU и работа в Discovery Live позволяют ускорить процесс проектирования.
Источник: ansys-blog.com
Автор: John Graham
