遲滯特性優(yōu)化的案例
基于AMESim的電磁微型精密比例閥遲滯性優(yōu)化分析
研究成果
微型比例閥的遲滯除了電磁鐵本身存在的滯環(huán)外，還受電磁力、摩擦力、彈簧力等諸多因素影響。目前世界上高端微型精密比例閥的遲滯性為15%，而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品難以達(dá)到該精度。因此本研究以流量遲滯性作為研究對(duì)象，探究一種基于阻尼彈簧（即片簧）的精密控制方法及快速設(shè)計(jì)方法，為微型精密比例閥的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供一種新的思路。
本團(tuán)隊(duì)與星宇電子（寧波）有限公司合作研發(fā)及生產(chǎn)微型精密比例流量閥，聯(lián)合承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020科技助力經(jīng)濟(jì)）：微型精密比例閥關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化示范（項(xiàng)目編號(hào)：SQ2020YFF0417369）。目前已完成樣件試制及系列化開發(fā)，相關(guān)內(nèi)容如圖3~圖7所示。
項(xiàng)目至今已申請(qǐng)3項(xiàng)發(fā)明專利，分別為《呼吸機(jī)用雙碟簧式精密比例閥》，《呼吸機(jī)用雙碟簧式精密比例閥的比例控制方法》，《一種直動(dòng)式微小流量比例閥》其中前2項(xiàng)已授權(quán)。
展開 結(jié)構(gòu)優(yōu)化新功能 | 拓?fù)?em>優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特性之可視化
產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期，單純的憑借經(jīng)驗(yàn)以及想象對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)往往是不夠的，在適當(dāng)約束條件下，如果能充分利用“拓?fù)?em>優(yōu)化技術(shù)”進(jìn)行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出更能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、工藝要求以及更質(zhì)輕質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品。
拓?fù)?em>優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域，借助FEM分析技術(shù)按照指定的優(yōu)化策略、約束準(zhǔn)則、目標(biāo)等從這些區(qū)域中刪除一定數(shù)量單元，用保留下來的單元描述結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)洌l(fā)揮系統(tǒng)材料最大利用率。拓?fù)?em>優(yōu)化后，通常需要對(duì)其產(chǎn)生的結(jié)果模型進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，完全復(fù)制拓?fù)?em>優(yōu)化前的邊界條件進(jìn)行仿真計(jì)算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續(xù)分析模塊去驗(yàn)證優(yōu)化后的模型。拓?fù)?em>優(yōu)化后的仿真計(jì)算設(shè)計(jì)驗(yàn)證過程如下圖所示。先在拓?fù)浣Y(jié)果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過“Transfer to Design Validation System”將優(yōu)化結(jié)果傳遞至驗(yàn)證系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)生成位于拓?fù)?em>優(yōu)化系統(tǒng)上游的相同類型的Mechanical系統(tǒng)，并繼承之前的全部計(jì)算載荷和約束。創(chuàng)建該驗(yàn)證工作流程，分為四步，在創(chuàng)建的驗(yàn)證系統(tǒng)中去劃分網(wǎng)格運(yùn)行計(jì)算及查看設(shè)計(jì)結(jié)果。
前面版本雖然可以比較方便地把優(yōu)化后的模型導(dǎo)入到新的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真中，進(jìn)行優(yōu)化模型的驗(yàn)證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)中查看優(yōu)化后的力學(xué)特性，即允許用戶直觀可視化最終設(shè)計(jì)的結(jié)果（變形、應(yīng)力、特征值模態(tài)等），更方便快速檢查和驗(yàn)證力學(xué)行為。
展開 Ansys Workbench中拓?fù)?em>優(yōu)化后結(jié)構(gòu)力學(xué)特性之可視化 | 結(jié)構(gòu)優(yōu)化新功能
產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)初期，單純的憑借經(jīng)驗(yàn)以及想象對(duì)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)往往是不夠的，在適當(dāng)約束條件下，如果能充分利用“拓?fù)?em>優(yōu)化技術(shù)”進(jìn)行分析，并結(jié)合豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)出更能滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)技術(shù)方案、工藝要求以及更質(zhì)輕質(zhì)優(yōu)的產(chǎn)品。
拓?fù)?em>優(yōu)化（topology optimization）是一種根據(jù)給定的負(fù)載情況、約束條件和性能指標(biāo)，在給定的區(qū)域內(nèi)對(duì)材料分布進(jìn)行優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法，將區(qū)域離散成足夠多的子區(qū)域，借助FEM分析技術(shù)按照指定的優(yōu)化策略、約束準(zhǔn)則、目標(biāo)等從這些區(qū)域中刪除一定數(shù)量單元，用保留下來的單元描述結(jié)構(gòu)的最優(yōu)拓?fù)洌l(fā)揮系統(tǒng)材料最大利用率。拓?fù)?em>優(yōu)化后，通常需要對(duì)其產(chǎn)生的結(jié)果模型進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，完全復(fù)制拓?fù)?em>優(yōu)化前的邊界條件進(jìn)行仿真計(jì)算。
以往版本需要在WorkBench中添加后續(xù)分析模塊去驗(yàn)證優(yōu)化后的模型。拓?fù)?em>優(yōu)化后的仿真計(jì)算設(shè)計(jì)驗(yàn)證過程如下圖所示。先在拓?fù)浣Y(jié)果中生成光順平滑的 STL 模型后，再在 Workbench 中通過“Transfer to Design Validation System”將優(yōu)化結(jié)果傳遞至驗(yàn)證系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)生成位于拓?fù)?em>優(yōu)化系統(tǒng)上游的相同類型的Mechanical系統(tǒng)，并繼承之前的全部計(jì)算載荷和約束。創(chuàng)建該驗(yàn)證工作流程，分為四步，在創(chuàng)建的驗(yàn)證系統(tǒng)中去劃分網(wǎng)格運(yùn)行計(jì)算及查看設(shè)計(jì)結(jié)果。
前面版本雖然可以比較方便地把優(yōu)化后的模型導(dǎo)入到新的靜力學(xué)結(jié)構(gòu)仿真中，進(jìn)行優(yōu)化模型的驗(yàn)證，但2022R1版本新增擁有了更便捷的功能，可以直接在結(jié)構(gòu)優(yōu)化系統(tǒng)中查看優(yōu)化后的力學(xué)特性，即允許用戶直觀可視化最終設(shè)計(jì)的結(jié)果（變形、應(yīng)力、特征值模態(tài)等），更方便快速檢查和驗(yàn)證力學(xué)行為。
展開 Moldex3D模流分析之優(yōu)化材料的物理特性
后熟化制程 (Post Mold Cure, PMC) 是芯片封裝成型產(chǎn)業(yè)中的一項(xiàng)重要制程；此制程能加速硬化過程，透過提高環(huán)境溫度來優(yōu)化材料的一些物理特性。
TM : 成型(熔膠)溫度； TL :低溫(室溫)； TH 高溫(PMC中)
設(shè)定分析類型為后熟化，在選項(xiàng)中輸入所有參數(shù)。在后熟化制程中，成型塑料會(huì)發(fā)生聚合反應(yīng)，以及化學(xué)與物理的變化過程。目前在Moldex3D后熟化制程分析中，由PVTC與隨溫度－固化變化的黏彈性松弛模型所建構(gòu)的模型，將為制程仿真所需的有限元素模型。更詳細(xì)的計(jì)算參數(shù)設(shè)定請(qǐng)參照準(zhǔn)備分析下的章節(jié)。
應(yīng)力設(shè)定
在選項(xiàng)中，用戶需設(shè)定所有后熟化制程的參數(shù)，包含初始溫度、時(shí)間增量、退火時(shí)間、環(huán)境溫度vs時(shí)間、多段輸出設(shè)定、WLF方程式、Maxwell模型及硬化變動(dòng)因子。
注意：用戶能由動(dòng)態(tài)力學(xué)分析 (Dynamic Mechanical Analyzer, DMA) 評(píng)估得到WLF方程式、Maxwell模型及硬化變動(dòng)因子的所有參數(shù)。
展開 
熱仿真和熱特性優(yōu)化 在汽車LED車燈上的應(yīng)用
車燈中的外透鏡、內(nèi)透鏡等透明材料具有良好的透光性與一定的吸收特性，
FloEFD軟件在仿真計(jì)算中能夠考慮透明件固體吸收的特性；蒙特卡羅計(jì)算模型能較好地解決吸收，聚焦等系列問題，用戶可根據(jù)精度要求設(shè)定離散條帶個(gè)數(shù)和跟蹤射線個(gè)數(shù)；這種方法在LED,鹵素?zé)糨椛湫Ч该骷囟染_預(yù)報(bào)，太陽輻射問題高效預(yù)報(bào)等方面都發(fā)揮了很大作用。
二、PCB的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
PCB在前大燈模組與控制單元，以及LED尾燈當(dāng)中具有廣泛的應(yīng)用，PCB對(duì)產(chǎn)品的成本有著關(guān)鍵的影響，因此提高設(shè)計(jì)精度，減少設(shè)計(jì)冗余則十分重要。
FloTHERM軟件和FloEFD軟件都可以對(duì)PCB做精細(xì)熱仿真，特別是FloTHERM軟件中可以綜合布線，過孔和各層特性來實(shí)現(xiàn)PCB和元器件的精細(xì)仿真。
三、散熱器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化
在多數(shù)散熱系統(tǒng)中，散熱器的設(shè)計(jì)都十分重要，無需贅述。而車燈中的散熱器特殊性就在于因空間和尺寸要求、散熱器通常不規(guī)則，且要求高效而輕量化。針對(duì)異型散熱器的設(shè)計(jì)，F(xiàn)loEFD軟件能在此方面發(fā)揮關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，幫助研發(fā)人員迅速方便的解決設(shè)計(jì)問題。
展開 基于接觸分析的凸度滾子軸承力學(xué)特性研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化
軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中不可缺少的重要零件之一，其力學(xué)特性分析與軸承的設(shè)計(jì)和應(yīng)用密切相關(guān)，而評(píng)定滾動(dòng)軸承實(shí)際工作性能的各項(xiàng)技術(shù)因素如承載能力、疲勞壽命、變形與剛度等，都涉及到彈性接觸問題。用有限元法求解軸承的接觸問題，分析應(yīng)力分布和彈性變形等，將成為提高滾動(dòng)軸承的承載能力和使用壽命及進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵
基于接觸分析的凸度滾子軸承力學(xué)特性研究與結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf
046-基于AMESim的安全閥動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化研究
通過分析仿真結(jié)果可知適當(dāng)增加彈簧的剛度,
可減小閥芯的振蕩,實(shí)現(xiàn)安全閥的動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化。
046-基于AMESim的安全閥動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化研究.rar
汽車懸置高頻動(dòng)剛度測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)架--汽車聲學(xué)特性優(yōu)化
高達(dá)2000 Hz頻率下的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的振動(dòng)傳遞特性
在產(chǎn)品開發(fā)初期，復(fù)合材料懸置的高頻動(dòng)態(tài)特性研究已成為大眾汽車公司研究車輛聲學(xué)特性的重要工具。 隨著知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的獲取，盡管沒有預(yù)先優(yōu)化的原型車可用，但是一些零件已可在開發(fā)階段進(jìn)行修改，圖9顯示了三個(gè)幾何尺寸相同的液壓阻尼發(fā)動(dòng)機(jī)懸架的動(dòng)剛度曲線，三個(gè)懸置在500Hz頻率以下的發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)剛度相同，但在較高頻率下，其動(dòng)剛度存在顯著差異。 很明顯，這些差異顯著影響車體的振動(dòng)傳播。
圖9：頻率范圍達(dá)到2000 Hz的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的動(dòng)剛度測(cè)試曲線
進(jìn)一步的研究表明，液壓懸置膜的結(jié)構(gòu)改進(jìn)可以顯著降低發(fā)動(dòng)機(jī)懸置在高于500Hz的高頻范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)剛度，圖10提供了優(yōu)化件和標(biāo)準(zhǔn)件之間的動(dòng)態(tài)剛度特性比較曲線。
圖10：標(biāo)準(zhǔn)懸置件和優(yōu)化懸置件之間動(dòng)剛度的差異
圖11中顯示了車內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置前后2個(gè)測(cè)量點(diǎn)加速度值，標(biāo)準(zhǔn)件和優(yōu)化件的加速度并排顯示，上面的圖像顯示了懸置前方測(cè)點(diǎn)加速度，下圖顯示了懸置后方測(cè)點(diǎn)加速度，右下方面板顏色顯示了優(yōu)化懸置基點(diǎn)加速度水平的降低。這顯示加速度的降低與車輛內(nèi)部的聲品質(zhì)顯著提高有極大關(guān)系。
圖11：發(fā)動(dòng)機(jī)懸置前后的加速度
左：原標(biāo)準(zhǔn)懸置 右：優(yōu)化懸置
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展開 基于optistruct考慮靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性下的汽車控制臂拓?fù)?em>優(yōu)化 ￥30
同時(shí)考慮靜態(tài)下三種工況下每種工況對(duì)應(yīng)的應(yīng)變能，動(dòng)態(tài)特性低階前三階一階、二階、三階模態(tài)下的應(yīng)變能，也就是采用組合應(yīng)變能指數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)，體積分?jǐn)?shù)為約束條件，進(jìn)行基于optistruct考慮靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性下的汽車控制臂拓?fù)?em>優(yōu)化。
有限元模型
拓?fù)?em>優(yōu)化后的結(jié)果
組合應(yīng)變能指數(shù)迭代曲線
優(yōu)化前的前三階模態(tài)及陣型：
一階模態(tài)
二階模態(tài)
三階模態(tài)
優(yōu)化后的前三階模態(tài)及陣型：
一階模態(tài)
二階模態(tài)
三階模態(tài)
本案例僅提供模型文件結(jié)果文件及相關(guān)指導(dǎo)，凡購(gòu)買的朋友針對(duì)本案例仿真實(shí)現(xiàn)上有什么疑問可以私信。
展開 先導(dǎo)式主溢流閥功能特性的優(yōu)化改造
綜合考慮，應(yīng)對(duì)閥芯和單向閥進(jìn)行改善，經(jīng)過理論計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證，最終將閥芯和單向閥部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化改善，優(yōu)化后尺寸對(duì)比如附表所示。
閥芯和單向閥尺寸優(yōu)化對(duì)比表
狀態(tài)對(duì)比
零件
改善前/mm
改善后/mm
閥芯
20.5
21
3
4.5
單向閥
φ15
φ15
φ14.2臺(tái)階長(zhǎng)2
35.5
35
42.5
42.8
閥芯、單向閥更改前后實(shí)物外形對(duì)比如圖9所示。
圖 9
按照改善后的尺寸進(jìn)行多次試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)先導(dǎo)式主溢流閥進(jìn)行功能特性試驗(yàn)，所得曲線如圖10所示。
圖10 改善后功能曲線
從上圖可知，開啟點(diǎn)為32MPa，在壓力點(diǎn)34MPa達(dá)到最大流量140L/min，從開啟點(diǎn)到達(dá)到最大流量，壓力跨域2MPa，開啟迅速且定壓準(zhǔn)確，使先導(dǎo)式主溢流閥功能特性得到很大的改善。
將改善后的先導(dǎo)式溢流閥裝配至挖掘機(jī)上，進(jìn)行上機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)反饋為挖掘機(jī)效率有了較大的提高，挖掘有力，手柄操作更加舒適、靈敏，油液升溫較慢。通過該改善，使挖掘機(jī)性能得到進(jìn)一步的提升，提高了作業(yè)效率。
展開 基于optistruct汽車控制臂低階動(dòng)態(tài)特性拓?fù)?em>優(yōu)化 ￥50
對(duì)于汽車零部件及其系統(tǒng)，模態(tài)分析是動(dòng)態(tài)特性分析中的重要環(huán)節(jié)，模態(tài)分析的實(shí)質(zhì)就是為了獲得其固有頻率及陣型。模態(tài)分析是動(dòng)態(tài)特性分析的核心內(nèi)容。本案例采取動(dòng)態(tài)低階模態(tài)頻率作為優(yōu)化目標(biāo)，并以體積分?jǐn)?shù)不超過0.3作為約束條件,使汽車控制臂模態(tài)頻率得到提高。
其它詳細(xì)說明見收費(fèi)內(nèi)容部分。
有限元模型
低階動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化拓?fù)?em>優(yōu)化結(jié)果（ISO=0.15）
平均特征值迭代曲線
優(yōu)化前的前三階模態(tài)及陣型：
一階模態(tài)
二階模態(tài)
三階模態(tài)
優(yōu)化后的前三階模態(tài)及陣型：
一階模態(tài)
二階模態(tài)
三階模態(tài)
本案例僅提供模型文件及相關(guān)指導(dǎo)，凡購(gòu)買的朋友針對(duì)本案例仿真實(shí)現(xiàn)上有什么疑問可以私信。
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通過 CFD 和設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn) Eclipse 公務(wù)機(jī)的空氣動(dòng)力特性（免費(fèi)視頻）
本次網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)將介紹：
CFD 阻力預(yù)示準(zhǔn)確性的提高
Eclipse 公務(wù)機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)
借助 CFD 改進(jìn)里程和空氣動(dòng)力效率
空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)探索和優(yōu)化
與我們的專家一起探討空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)難題和方法
Kestrel Aircraft 公司空氣動(dòng)力學(xué)和性能高級(jí)工程師杰森·博登 (Jason Borden)
Siemens Digital Industries Software 設(shè)計(jì)空間探索應(yīng)用專家阿倫·戈弗雷 (Aaron Godfrey)
Siemens Digital Industries Software 航空航天與國(guó)防領(lǐng)域 Simcenter STAR-CCM+ 軟件主管杜雷爾·里滕貝格 (Durrell Rittenberg)
Siemens Digital Industries Software 航空航天應(yīng)用專家克里斯·納爾遜 (Chris Nelson)
研討會(huì)受眾：
飛機(jī)制造商
工程師、研究人員和學(xué)術(shù)界人士
航空航天專家
空氣動(dòng)力學(xué)專家
點(diǎn)擊領(lǐng)取完整視頻
http://t8iw4ulf0hpixn8k.mikecrm.com/YR0SiMN
以下為部分截取
▼
點(diǎn)擊領(lǐng)取完整視頻
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-END-
展開 CAE培訓(xùn)中心6月課程（ACTRAN 艙內(nèi)聲源特性及艙室聲環(huán)境仿真分析與優(yōu)化）
培訓(xùn)名稱：ACTRAN 艙內(nèi)聲源特性及艙室聲環(huán)境仿真分析與優(yōu)化
培訓(xùn)時(shí)間：2014年6月12-13日
培訓(xùn)地點(diǎn)：上海
內(nèi)容鏈接：http://www.caetraining.com.cn/detail.aspx?id=272
