ANSYS Advantage: 聚焦電氣化(下)

我們當下所處的世界,電氣化發展趨勢日益加快,從交通運輸到工業設備,電氣化正在改變能源的生產、分配及使用方式,這些變革對傳統產品的研發過程有著非常巨大的影響。電子系統及部件的使用,而且還有著前所未有的設計挑戰。然而,產品研發團隊仍要滿足極具挑戰的產品交期、降低成本的目標以及嚴格的監管要求。鑒于這些挑戰,對于面向新一輪電氣化變革的工程設計團隊而言,工程仿真絕對是實現競爭優勢不可或缺的關鍵技術。利用工程仿真,可以低成本地解決與電氣化相關的復雜技術問題,并且迅速推出創新產品,贏得市場領先地位。

本期《ANSYS Advantage》雜志中,我們將介紹工程仿真技術支持電氣化變革的創新方法,希望能夠幫助您預見公司如何引領產品在全球的電氣化進程,雜志內容將分上/下兩期連載,敬請關注。

避免聚變反應堆過熱

核聚變是太陽的能量來源,能為地球帶來源源不斷的清潔安全的能源。法國原子能委員會(CEA)的工程師正在使用ANSYS軟件克服保護工作溫度約1.5億度的聚變反應堆組件所面臨的困難和挑戰。不僅大幅減少了所需完整天線原型的數量,而且還將設計天線所需的時間從5年縮短至1年,此外,仿真還助力CEA工程師提升天線的性能,同時降低天線的制造成本。

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追逐太陽的腳步

通過旋轉太陽能電池板來“捕捉”天空中的太陽,太陽能追蹤器可增加太陽能電池板發電量,但這些太陽能發電裝置在過高的風速下可能受損。CPP Wind Engineering公司采用了仿真技術確定裝置的失效原因,同時也探索能防止失效的操作流程和設計改動。

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應變簡化輕松預測

康明斯致力于向全球市場供應發電機組,以滿足用戶對備用安裝以及遠程安裝的可靠電力的需求。隨著時間的推移,大型發電設備的振動會逐漸弱化其支撐結構,這通常可通過疲勞分析進行表征。然而,單純的金屬框架應變使得分析模型并不足以準確預測疲勞程度,難點在于如何與試驗實現良好關聯。通過集成True-Load應變關聯模型與ANSYS Mechanical整體結構分析功能,康明斯電力系統公司團隊終于解決數十年未能完成的發電機組耐用性建模這一難題,從而加速了仿真工作流程。

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 故障安全數字孿生體

可配置安全繼電器能根據傳感器接收的數據及時切斷電源,有助于防止工廠的自動化系統受到破壞和損傷。在安全繼電器發生故障時,必須將生產線中斷后才能對其進行修復或更換,這會導致高昂的成本。Phoenix Contact Electronics公司的工程師采用ANSYS軟件研發了安全繼電器的數字孿生體,可實時將傳感器數據與仿真結果進行整合,以提前預測故障。這樣就可以選擇在生產線空閑時更換或維修繼電器。

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加快5G網絡基礎設施設計

隨著世界逐漸向網絡化和數字化發展,更大量數據和更高速度的需求是顯而易見的。全球互聯網流量的增長以及云和數據中心分散化的提高,使得可支持5G網絡基礎設施的有線與無線網絡應運而生。5G技術有望實現一次大的升級:1000倍的流量、10倍的網速和10倍的吞吐量。這些系統極其復雜,推動芯片與制造技術向更廣闊的領域發展。eSilicon采用ANSYS的芯片-封裝-系統建模與仿真軟件進行設計與驗證,這樣能為這個不斷發展的市場提供及時且精準的服務。

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設計更輕更堅固的賽車

來自全球高校工科學生團隊競相參與Formula SAE (FSAE)賽車設計比賽,讓他們有機會以實際有趣的方式利用自己的工程知識制造一輛賽車。為了設計出比典型FSAE賽車重量更輕、連接更牢固且更易于制造的一款賽車,E-AGLE Trento參賽團隊采用了ANSYS增材制造解決方案和ANSYS Mechanical的拓撲優化功能。

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瓶中的太陽:核聚變

在地球上重現聚變過程能為滿足全球能源需求提供可持續的解決方案,但這需要解決一些極其棘手的技術挑戰。意大利國家新技術、能源與可持續經濟發展局的工程師正在使用ANSYS Mechanical和ANSYS SpaceClaim對示范電站項目關鍵結構的設計進行優化,而該項目產出的聚變能將與現代發電廠產能達到同等規模。

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降低開關裝置的電流應力

在設備發生緊急情況或需要進行維護時,其高壓高電流電源必須能夠安全快速地切斷。然而,高電流會使觸頭之間的氣體也產生導電性,產生電弧并導致電流持續流動,而持續的電流也會對母排造成額外的應力,因而像電燈開關那樣只是簡單地分開兩個觸頭是不夠的。Lucy Electric工程師對電動力進行了估算,同時還采用ANSYS Mechanical對特定柵片的形狀、布局與耐用性進行了優化。通過使用仿真技術,Lucy Electric經濟而快速地提高了開關設備的性能,向市場提供優質、可靠的能源產品。

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保持太陽能逆變器的使用壽命

電力部門越來越多地要求將太陽能發電系統及其它分布式發電系統并入電網的逆變器,這樣能夠注入無功功率,幫助維持電網穩定。然而, 產生無功功率會增大逆變器的熱應力,這可能會縮短其使用壽命。匹茲堡大學研究人員使用ANSYS仿真軟件,在進行原型設計之前對逆變器進行電子特性分析及熱特性分析,以幫助設計人員在產品研發早期階段做出更明智的決策。

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增材制造和仿真強化個性化植入物

為了給需要植入的患者提供有效治療, 初創公司VOLMO率先研發了一款可將患者個人信息數據轉換成計算機模型的軟件工具。這一過程依靠ANSYS Mechanical在增材制造之前仿真和虛擬測試模型,增材制造可創建能改善患者生活品質并能降低整體醫療成本的個性化植入物,這可能將是一場改變醫療市場競爭格局的變革。

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