HyperWorks在太陽能電池板系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2016-10-05 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

項(xiàng)目介紹

BillyWight在2006年從加州大學(xué)圣迭戈分校畢業(yè)并獲得機(jī)械工程學(xué)位之后,成功創(chuàng)建了Luxon Engineering產(chǎn)品研發(fā)公司。該公司憑借專業(yè)的工程技術(shù)團(tuán)隊(duì),專注于航空、汽車、能源、醫(yī)療等多個(gè)行業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)和優(yōu)化問題,強(qiáng)調(diào)采用計(jì)算機(jī)輔助工程分析(CAE)工具驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)流程。他們通過HyperWorks CAE工具對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行仿真分析,幫助客戶縮短產(chǎn)品研發(fā)周期并降低生產(chǎn)成本。

“我們的主要優(yōu)勢(shì)之一是通過仿真分析優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì),”Wight說,“通過在生產(chǎn)物理樣機(jī)前對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)迭代分析的方法,已經(jīng)為我們的客戶節(jié)省了大量的時(shí)間和成本。我們幾乎在設(shè)計(jì)流程中的各個(gè)方面使用仿真技術(shù)來推動(dòng)設(shè)計(jì)方案的進(jìn)一步完善。我第一次接觸HyperWorks是在大學(xué)期間,如今它已是優(yōu)化及其它仿真分析的重要手段,并且成為我們主要的仿真工具。”

挑戰(zhàn)

在Luxon與一家大型工業(yè)用太陽能電池板主要制造商的合作項(xiàng)目(開發(fā)尺寸約為50*70英寸、可跟隨太陽轉(zhuǎn)動(dòng)的電池板)中,HyperWorks表現(xiàn)出極佳的性能。該公司希望降低正在量產(chǎn)的一款產(chǎn)品的制造成本以及擴(kuò)大該產(chǎn)品的使用范圍。因此,他們要求Luxon為其研發(fā)一種更加穩(wěn)健的支撐結(jié)構(gòu)以確保該產(chǎn)品能夠承受世界范圍內(nèi)的地震、風(fēng)載和雪載。

隨機(jī)響應(yīng)研究驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)變更,幫助消除船舶航行時(shí)的損壞

研發(fā)初期通過系統(tǒng)級(jí)的拓?fù)鋬?yōu)化分析尋找結(jié)構(gòu)中的主要傳力路徑

解決方案

Luxon利用仿真分析和優(yōu)化技術(shù)重新設(shè)計(jì)了該產(chǎn)品,不但滿足了新的設(shè)計(jì)要求,而且在性能提升的同時(shí)降低了產(chǎn)品重量和制造成本。新設(shè)計(jì)方案用到了Altair HyperWorks中的多個(gè)模塊?！拔覀儾捎?/span>HyperMesh建立分析任務(wù)中所有的有限元模型。”Wight說,“使用HyperWorks結(jié)構(gòu)優(yōu)化工具OptiStruct對(duì)電池板系統(tǒng)進(jìn)行線性和非線性仿真,以評(píng)估該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完整性”。另外,Luxon還應(yīng)用了OptiStruct的拓?fù)?、形貌及尺?/span>/形狀優(yōu)化功能?！拔覀兿Ｍ诓唤档拖到y(tǒng)強(qiáng)度的前提下盡可能減少材料使用,以降低生產(chǎn)成本?！?/span>Wight解釋道,“與此同時(shí),我們也希望盡可能地增加結(jié)構(gòu)的剛度性能?！?/span>

該產(chǎn)品由多組鏡頭構(gòu)成,這些鏡頭的焦點(diǎn)分布在較大區(qū)域的光電池上。如果電池與鏡頭間的焦距發(fā)生改變,電池板的工作效能將下降。因此,Luxon的主要工作是增強(qiáng)支撐電池的面板剛度,最大限度地提高產(chǎn)品的投入產(chǎn)出比。

我們使用OptiStruct優(yōu)化電池板和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用于支撐整個(gè)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在X軸和Y軸旋轉(zhuǎn)以跟隨太陽運(yùn)動(dòng)?！?/span>Wight說,“我們知道驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵位置,但是不確定機(jī)構(gòu)中最佳的傳力路徑。為此,我們使用OptiStruct的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)尋找最佳的材料分布位置并進(jìn)行深入的結(jié)構(gòu)分析。”

設(shè)計(jì)空間

拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果

分析結(jié)果

最終優(yōu)化方案

結(jié)論

Luxon應(yīng)用HyperWorks出色地完成了設(shè)計(jì)目標(biāo),降低了產(chǎn)品制造成本并顯著提高仿真效率。例如,經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化分析,Luxon提高了驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能并且降低了8%的制造成本。新設(shè)計(jì)方案滿足了風(fēng)載、雪載及地震載荷必須的結(jié)構(gòu)要求。使用OptiStruct的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù),Luxon重新設(shè)計(jì)了曲柄臂結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)由鑄鐵組件取代了鋼焊接件,降低了38%的制造成本并實(shí)現(xiàn)了52%的結(jié)構(gòu)減重。

“我們能夠大大降低產(chǎn)品的制造成本并且提高產(chǎn)品的穩(wěn)健性。因此,該產(chǎn)品可以在地球上任何地方使用?！?/span>Wight說。

他說,HyperWorks在滿足客戶低成本、高強(qiáng)度的產(chǎn)品需求時(shí)起到了關(guān)鍵作用。優(yōu)化過程往往不直觀。在傳統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程中,工程師設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu),進(jìn)行仿真分析并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反復(fù)修改,直至達(dá)到直覺上的“優(yōu)化”。這一過程很少能夠獲得類似于OptiStruct自動(dòng)產(chǎn)生的、不基于經(jīng)驗(yàn)的結(jié)果。這將大大減少分析時(shí)間及精力。

Wight指出,項(xiàng)目期間,HyperWorks強(qiáng)大的功能給他們的客戶留下了深刻的印象。因此,Luxon在產(chǎn)品研發(fā)過程中盡可能使用HyperWorks。

另外,Wight表示,他正在深入應(yīng)用HyperWorks。”我一直在尋找和使用這些工具的新功能。”他說,“當(dāng)前,我們需要分析像太陽能電池板之類的大規(guī)模產(chǎn)品。在進(jìn)行太陽能電池板(約860萬網(wǎng)格)模態(tài)頻率分析時(shí),OptiStruct自動(dòng)多級(jí)子結(jié)構(gòu)特征值求解方法(AMSES)的計(jì)算效率比Lanczos方法快2.5倍,而計(jì)算結(jié)果僅有0.003%的偏差?！?/span>

Wight是HyperWorks軟件、許可管理模式及持續(xù)開發(fā)的新功能的忠實(shí)用戶。“與Altair合作過程中,最令人興奮的是該公司一直在努力開發(fā)他們的產(chǎn)品,”他說,“他們不斷發(fā)布新的解決方案(例如集成在HyperWorks中的AcuSolve)并且允許我們?cè)谕粫r(shí)間使用這些方案。另外,Altair許可管理模式對(duì)我們也非常有利,因?yàn)槲覀冃枰谕粫r(shí)間使用所有的功能。通過HyperWorks一體化的軟件包,我們不必單獨(dú)購買許可證?！?/span>

借助于HyperWorks,Luxon Engineering正走在仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的最前沿,且Luxon的客戶也因此獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

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