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

提升機(jī)械性能、降低生產(chǎn)成本----HyperWorks在太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用(2013-08-1212:05:26)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LuxonEngineering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(guò)HyperWorksCAE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(guò)仿真分析優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，”Wight說(shuō)，“通過(guò)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(lái)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?！碧魬?zhàn)在Luxon與一家大型工業(yè)用太陽(yáng)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(yáng)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。左圖：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)的損壞右圖：研發(fā)初期通過(guò)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-HyperWtorts在縮短設(shè)計(jì)迭代時(shí)間（相對(duì)其他分析工具），幫助客戶以更快的速度、更低的成本將卓越的產(chǎn)品推向市場(chǎng)方面非常有幫助。這也是我們正在做的事情。”LunmEn^ieerv^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AltairHyperWorks中的多個(gè)模塊?！拔覀儾捎肏yperMesh建立分析任務(wù)中所有的有限元模型。"Wight說(shuō)，“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?形狀優(yōu)化功能。“我們希望在不降低系統(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。"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?！痹摦a(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(yáng)運(yùn)動(dòng)。”Wight說(shuō)，“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?！痹O(shè)計(jì)空間 拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果分析結(jié)果 最終優(yōu)化方案曲柄臂結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化流程結(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(guò)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?！拔覀兡軌虼蟠蠼档彤a(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?！盬ight說(shuō)。他說(shuō)，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(guò)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(guò)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(guò)程中盡可能使用HyperWorkso另外，Wight表示，他正在深入應(yīng)用HyperWorks?！蔽乙恢痹趯ふ液褪褂眠@些工具的新功能?！彼f(shuō)，“當(dāng)前，我們需要分析像太陽(yáng)能電池板之類的大規(guī)模產(chǎn)品。在進(jìn)行太陽(yáng)能電池板（約860萬(wàn)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?！盬ight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?！芭cAltair合作過(guò)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(shuō)，“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?/p>