ANSYS Discovery Live讓“超級高鐵”夢想照進現實

2013年,埃隆馬斯克(Elon Musk)提出“超級高鐵”概念,這個構想是讓“車廂”(空氣動力學鋁制膠囊型客艙或貨艙)可以在幾乎真空的管道中以接近聲速的速度運行。這一號稱“第五種交通模式”將讓我們的生活、工作和旅行模式發生翻天覆地的變化,而最振奮人心的宣告就是從洛杉磯到舊金山只需30分鐘!(約600多公里,舉個栗子,就是30分鐘從上海到杭州往返足以3趟!

這一構想一經公開就吸引了來自全球的工程師和發明家。因此一場面向全球各大高校學生的設計大賽應運而生——超級高鐵車廂設計大賽 (Hyperloop Pod Competition),它由馬斯克和SpaceX共同設立,旨在加快功能型超級高鐵原型的開發速度。其中就有這樣一群熱血青年,他們在ANSYS Discovery Live的幫助下進軍SpaceX超級高鐵車廂設計大賽,努力讓“人類的另一大步”夢想成為現實......

ANSYS Discovery Live讓“超級高鐵”夢想照進現實的圖1

來自HyperXite的同學們都懷揣著同一個夢想:加速推進未來交通發展


2015年以來,這支來自加州大學歐文分校(UCI)的學生團隊就一直致力于研發可運行在接近全真空管道中的高速艙體,即“超級高鐵車廂”。為了能在SpaceX超級高鐵車廂設計大賽中脫穎而出,HyperXite的同學們必須逐步優化對速度的高需求。而每年,都有參賽者刷新提速記錄,這也促使SpaceX在今年將“速度”作為考核的唯一標準。2019年設定要突破的速度標準為每小時290英里(最終目標是達到每小時700英里)。

ANSYS Discovery Live讓“超級高鐵”夢想照進現實的圖2

超級高鐵艙設計大賽中需要對速度進行設計


不過,參加這項大賽又不僅僅要考慮最終艙體的運行速度,整個研發進度也至關重要。HyperXite會在每年秋天開始研發新型艙體,在9個月的時間內,在符合安全標準的前提下,團隊還必須滿足一系列的時限要求,并且在決賽中完成最終構造進而贏得一席之地。

近4年以來,UCI的這支工程設計團隊不斷取得進步,并且成功加速了艙體運行速度以及設計進度。隊長兼首席工程師Jason Lee認為能夠取得的這些進展主要歸功于ANSYS Discovery Live仿真軟件。

ANSYS Discovery Live讓“超級高鐵”夢想照進現實的圖3

學生正使用ANSYS Discovery Live軟件開展第四代超級高鐵設計

Lee表示:“我們承擔著很大的壓力,努力想要超越全球其他設計團隊,并且在不到一年的時間就推出全新的艙體設計。在2019年大賽期間,我們從概念階段就開始使用Discovery,它完全改變了我們的協作和創新能力。”

ANSYS Discovery Live讓“超級高鐵”夢想照進現實的圖4

仿真技術完善協作,減少反復設計工序


HyperXite在2015年就開始著手設計艙體,當時只有少數團隊成員擁有仿真建模、網格剖分和結果驗證的經驗。以前,設計工程師會把他們的CAD文件交給仿真專家,待仿真專家運行仿真后,再把結果反饋給設計人員做進一步的優化,或者從頭開始再做設計,這樣的流程循序反復。Lee提到這種反復的流程會持續四到五個月時間,而這往往導致本來有的創新過失。

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使用ANSYS Discovery Live即時創建計算流體動力學(CFD)仿真

Lee還說:“我們的設計人員并沒有接受過結構工程師的培訓,因此兩個團隊之間很難做到有效溝通。而Discovery能讓我們的設計人員直接獲得“仿真技能”,它為我們的設計和仿真團隊搭建起了順暢協作的平臺。

在Discovery的幫助下,只需較少的培訓HyperXite的設計人員就能立即上手,并且運行許多設計迭代,整個過程通過實時反饋快速做出決策和修改。由于在設計早期階段就能發現問題,設計團隊能夠在把設計交給后續團隊進行深入的結構分析之前就消除或修訂不好的設計。

Lee指出:“我們的團隊借助Discovery有效地解決了設計人員與仿真專家之間溝通不暢的問題,因此他們能開展協作共同調整方案,從而改進最終成果。我們也大幅縮短了研發時間,過去需要耗時5個月而現在1個月就能完成。

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“超級高鐵車廂”成功減重80%后再次“迎戰”

HyperXite采用新的仿真方案后全新推出第四代艙體。它比2018年的模型運行速度更快,重量減少近80%。這款碳纖維艙體采用電機、驅動輪、壓力容器、制冷庫和定制磁性制動系統。HyperXite會與24個團隊在決賽中展開角逐,入圍前三名團隊將有機會進入1公里長的Hyperloop測試軌道中測試自己的設計原型。

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來自加州大學歐文分校HyperXite的本科生團隊

Lee此前表示:“無論輸贏,我認為我們團隊的努力都能為未來交通運輸領域減少擁堵、減少燃料消耗做出貢獻。我相信所有的研究和設計工作、構建的原型都讓我們離新一代交通運輸系統更近一步。”

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