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2021 - 01 - 20
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2021 - 01 - 13
作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1435字,阅读时间预计5分钟编者按作者由浅入深,通过《数码宝贝》引申出数字孪生的发展历程与生活中的实际运用,分析了数字孪生运用中的重点及难点,最后通过案例展示了数字孪生的使用方式。或许大家有发现数字孪生的概念正慢慢地变得火热起来。不仅变成了众多行业、企业,各种大中小型研讨会追捧的话题,也成为了大家茶余饭后的谈资。数字孪生可以说1970年Apollo...
2021 - 01 - 07
作者:李超峰 上海安世亚太流体应用工程师文章发布:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1371字,阅读时间预计4分钟编者按作者通过一个优化模具通道的案例进行分析和讲解,拆分了该案例的优化步骤,让我们清楚地了解到ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的重要作用。背景挤出成型是聚合物、玻璃及食品加工连续性生产工艺的重要方法。由于聚合物在拉...
2020 - 12 - 16
作者:刘琼  上海安世亚太光学应用工程师文章首发:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1609字,阅读时间预计5分钟编者按《赛博朋克 2077》作为最近大热的一款游戏,因其高还原度场景、酷炫的光影效果和未来感而令无数玩家心驰神往。那么这款游戏到底为什么比其他3D游戏画面更逼真呢?作者在文中对其进行了分析,让你更懂《赛博朋克 2...
2020 - 12 - 09
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2020 - 11 - 25
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ANSYS在钢结构分析中应用示例 — 风电导管架结构分析
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ANSYS在钢结构分析中应用示例 — 风电导管架结构分析

介绍

随着陆地风电的开发日趋饱和,近年,我国海上风电场的开发力度已逐步加大,海上风电场的开发将逐渐由近海走向远海,水深也将日益加深。导管架基础由于其跨度大,承载性能好,海上施工周期短等特点,在风电场已得到了较为普遍的应用。


针对于海上导管架结构的设计计算,常用的专用软件有SACS,SESAM等。但由于风电导管架基础不同于海上油气平台的常用结构形式,风电导管架同风电机组的塔筒之间需要一个过渡段来传递载荷,过渡段的结构通常设计成一个大直径的钢筒,通过四根变截面的锥形斜撑与四个导管腿相连接。


另外,由于过渡段是传递载荷的关键部位,设计中会对过渡管圆筒进行内外加强,主要的方式为在法兰和圆筒与四个斜撑的连接点之间焊接一环形的加强环结构和内部进行加筋设计。SACS, SESAM等软件的常规的梁系单元不足以模拟这部分结构的实际应力分布,而ANSYS软件可以通过先进行整体计算,再将导管架过渡段处局部模型独立出来单独进行网格细化,通过建立子模型的方式进行局部细化计算,很好的解决了这个难题。


本文将描述某风电场一典型的四腿导管架基础过渡段进行的静力分析,及其焊接热点位置进行的疲劳计算,如下图1所示:

ANSYS DesignXplorer参数化优化在水冷板流道设计中的应用

图1:某风电场四腿导管架基础示意图


2、导管架基础静力分析


2.1 有限元模型

本文主要目的是介绍ANSYS在上部过渡段结构的应用和分析,因此实际计算中不考虑导管架的风,浪,流等载荷的作用。仅考虑极限状态时由上部风电机组传递过来的载荷,即风电基础塔筒在法兰连接处的反力。


静力分析根据规范DNV-OS-J101推荐的载荷系统和工况进行,本文以某风电场3.2MW风电基础极限载荷为例将其施加在过渡段上的连接法兰处。同时为简化计算,便于比较,直接将导管架四个腿底部桩腿进行约束,如图2所示:

ANSYS DesignXplorer参数化优化在水冷板流道设计中的应用

图2:导管架模型,载荷和约束


2.2子模型 


根据DNV-RP-C203中建议的方法,对网格进行了细化,使细化的单元网格尺寸等于或小于靠近关键焊缝的板厚尺寸。网格主要使用高阶节点二次单元(solid186),材料特性和整体模型一致。

ANSYS DesignXplorer参数化优化在水冷板流道设计中的应用   图3:塔筒连接过渡段子模型和其细化网格


ANSYS DesignXplorer参数化优化在水冷板流道设计中的应用

图4:导管架连接过渡段子模型和其细化网格


2.3极限强度计算


通过给予的顶部极限工况下的反力,通过坐标变换后施加在图2中的MPC约束位置,可以得到极限强度工况下的导管架整体应力分布和子模型细化后的局部细化应力分布,见图5,~图8,通过比较可知:


1.应力集中区域分布整体模型和子模型结果一致;

2.子模型应力分布区域相比整体模型更大;

3.子模型应力分布趋势相比整体模型圆滑,分布趋势更为合理;

4.子模型应力结果大于整体模型应力结果,且应力值提高近2倍;


可见,子模型可以得到更为精确的计算结果,且其结果更能反映实际的应力分布情况。

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图5:整体应力和子模型应力


ANSYS在钢结构分析中应用示例 —  风电导管架结构分析

图6:导管架过渡段厚度变化处整体应力和子模型应力


ANSYS DesignXplorer参数化优化在水冷板流道设计中的应用

图7:顶部法兰加强环局部整体应力和子模型应力


ANSYS DesignXplorer参数化优化在水冷板流道设计中的应用

图8:锥形斜撑连接处整体应力和子模型应力








3、热点疲劳分析计算


3.1 疲劳损伤计算理论


疲劳分析根据DNV-RP-C203推荐的方法,采用线性疲劳损伤理论Miner准则:

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式中,D为累积疲劳损伤比,ni为实际发生的应力循环次数,Ni为许用的应力循环次数。η为对应的利用率系数。该系数取决于所选的安全系数,根据规范推荐,对于处于大气区的导管架过渡段,安全系数取2.0,即η=1/2。


疲劳损伤S-N曲线按DNV-RP-C203推荐的进行,不同位置选取的S-N曲线推荐如下:

ANSYS DesignXplorer参数化优化在水冷板流道设计中的应用

通过以上给定的S-N曲线,根据实际计算的应力幅和S-N曲线公式可以得到等效疲劳载荷相应的循环次数,从而计算出疲劳损伤。以上公式取107次循环所应的参数进行。


S-N曲线计算表达式如下:

ANSYS DesignXplorer参数化优化在水冷板流道设计中的应用

S-N曲线对应的参数如下:

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3.2 热点疲劳损伤计算


根据强度的计算结果,热点位置一般为应力集中区域,选取以下两个热点位置作为此次疲劳损伤计算,其他热点位置可以按相同的方式进行。

热点位置1:50mm 至8mm尖端处,热点位置2:加强环连接焊缝

 

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图9:疲劳分析热点位置选取


根据规范的推荐做法,将不同载荷作用下的疲劳热点处的外推应力进行汇总和整理,在ANSYS进行工况累积,计算出热点位置的最大应力幅,根据应力幅和选取的S-N曲线计算热点处的疲劳损伤。本例中所选热点位置应力计算如下图:

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图10:热点位置的应力幅计算结果


表1:热点位置疲劳损伤计算结果

热点位置

选取S-N曲线

累积损伤

剩余强度系数

结果判定

50mm 至8mm尖端处

DNV-D curve

19.734

0.378

高损伤

加强环连接焊缝

DNV-D curve

4.691

0.578

可接受


4、结论


通过利用ANSYS中子模型细化计算的功能,在对风机导管架基础整体受力分析的基础上提取出过渡段关键部分的结构,建立子模型,通过子模型进一步的细化网格,优化了有限元模型,得到了较为精确的计算结果。


相比较于风电行业中的专业的梁系分析软件,ANSYS对于这种存在集中应力问题的结构更具备优势,对于后续的设计优化能够提供更为精确的输入参数。



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2021 - 01 - 20
作者:李桂花 上海安世亚太结构应用工程师本文共计1199字,阅读时间预计4分钟编者按ICT技术已经是现代电子企业常用的测试技术,本文中作者使用ANSYS Sherlock软件进行ICT测试,评估由于过应力导致的风险组件,并根据结果提出改进措施。随着微电子技术和电子组装技术的发展,PCBA(Printed Circuit Board Assembly,印刷电路板组件)布局和组装呈现出复杂化的趋势。PCB中的器件尺寸微型化、引脚间距紧凑化都使得 PCBA在极大程度上增大了产品失效的可能性。ICT技术ICT( In-Circuit Test),即在线测试技术,作为电子产品印制板组装加工中的重要测试手段,已为大多数现代化电子企业所采用。它使用一系列测试探针和测试夹具,在一个电路板的一面或两面来测试制造过程中的电气连接。每个测试探针施加一个力在一个特定的电路板位置,称为测试点,由设计确定。在测试过程中,所有这些测试点力的联合作用使电路板产生弯曲,如果应力值足够高,焊点可能会失效,PCB板上的元件也将产生超过允许范围的应力。图1  ICT测试仪图2 电路板常见的失效模式:陶瓷电容器的弯曲开裂、垫坑为了提前避免失误和发现问题,在生产过程中需要对ICT步骤进行应力应变测量并监控,以确定产品应力应变处于允许范围内。如果测量值超过了电路板允许的应力应变水平的最大值,将对电路板进行重新布局设计或者调整夹具设计,或者按要求改变流程,使得应力应变数值回到允许范围之内。ANSYS SherlockANSYS Sherlock软件是目前唯一一款基于可靠性物理的电子设计软件,能够在早期设计阶段为电子硬件的元器件、板件和系统级提供快速准确的寿命预测,其提供的ICT分析模块基于有限元算法可以快速对测试点和夹具施加的机械应力进行建模,并根据预测的电路板部件的应力对其进行打分,列出测...
2021 - 01 - 13
作者:高征宇 上海安世亚太流体应用工程师本文共计1435字,阅读时间预计5分钟编者按作者由浅入深,通过《数码宝贝》引申出数字孪生的发展历程与生活中的实际运用,分析了数字孪生运用中的重点及难点,最后通过案例展示了数字孪生的使用方式。或许大家有发现数字孪生的概念正慢慢地变得火热起来。不仅变成了众多行业、企业,各种大中小型研讨会追捧的话题,也成为了大家茶余饭后的谈资。数字孪生可以说1970年Apollo 13事故中拯救了三位宇航员的模拟器是第一个数字孪生的应用。而概念上的起源是2002年Michael Grieves在密西根大学做演讲时在PLM概念模型中首次提出的现实与虚拟空间的概念,之后在其著作中被称之为镜像空间模型(Mirror Space Model),演化至今成为了数字孪生(Digital Twin)。数字孪生是一种超越现实的概念,如今可以被视为一个或多个重要且彼此依赖的装备系统间的数字映射系统。数字孪生是某个特定实体产品/系统的数字表示,能够更深入地洞察该产品的状态、性能和行为;能够实现系统设计、优化、预见性维护、优化工业产品管理。这种方式充分利用了物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成为一个多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。举个简单点的例子:不知道大家还是否记得《数码宝贝(Digital Monster)》 ,数码暴龙机与数码暴龙的结合就是比较典型的数字孪生早教片了。▲暴龙实体▲暴龙数字体这个听起来可能是养成 + 战斗类游戏,而反应在工业上严谨度会更高。类似的是:你有关心的重要设备(Monster)、各种不同的工况、不同的环境以及他们之间的影响(Buff),我们通过监控虚拟设备的运行情况,结合实际工况/数据的实时采集(HP/MP),能及时预测、发现并解决问题,使得系统良好运转(Fi...
2021 - 01 - 07
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