ANSYS Advantage聚焦：电气化时代的创新解决方案

我们当下所处的世界，电气化发展趋势日益加快，从交通运输到工业设备，电气化正在改变能源的生产、分配及使用方式，这些变革对传统产品的研发过程有着非常巨大的影响。电子系统及部件的使用，而且还有着前所未有的设计挑战。然而，产品研发团队仍要满足极具挑战的产品交期、降低成本的目标以及严格的监管要求。鉴于这些挑战，对于面向新一轮电气化变革的工程设计团队而言，工程仿真绝对是实现竞争优势不可或缺的关键技术。利用工程仿真，可以低成本地解决与电气化相关的复杂技术问题，并且迅速推出创新产品，赢得市场领先地位。

本期《ANSYS Advantage》杂志中，我们将介绍工程仿真技术支持电气化变革的创新方法，希望能够帮助您预见公司如何引领产品在全球的电气化进程，杂志内容将分上/下两期连载，敬请关注。

避免聚变反应堆过热

核聚变是太阳的能量来源，能为地球带来源源不断的清洁安全的能源。法国原子能委员会(CEA)的工程师正在使用ANSYS软件克服保护工作温度约1.5亿度的聚变反应堆组件所面临的困难和挑战。不仅大幅减少了所需完整天线原型的数量，而且还将设计天线所需的时间从5年缩短至1年，此外，仿真还助力CEA工程师提升天线的性能，同时降低天线的制造成本。

追逐太阳的脚步

通过旋转太阳能电池板来“捕捉”天空中的太阳，太阳能追踪器可增加太阳能电池板发电量，但这些太阳能发电装置在过高的风速下可能受损。CPP Wind Engineering公司采用了仿真技术确定装置的失效原因，同时也探索能防止失效的操作流程和设计改动。

应变简化轻松预测

康明斯致力于向全球市场供应发电机组，以满足用户对备用安装以及远程安装的可靠电力的需求。随着时间的推移，大型发电设备的振动会逐渐弱化其支撑结构，这通常可通过疲劳分析进行表征。然而，单纯的金属框架应变使得分析模型并不足以准确预测疲劳程度，难点在于如何与试验实现良好关联。通过集成True-Load应变关联模型与ANSYS Mechanical整体结构分析功能，康明斯电力系统公司团队终于解决数十年未能完成的发电机组耐用性建模这一难题，从而加速了仿真工作流程。

故障安全数字孪生体

可配置安全继电器能根据传感器接收的数据及时切断电源，有助于防止工厂的自动化系统受到破坏和损伤。在安全继电器发生故障时，必须将生产线中断后才能对其进行修复或更换，这会导致高昂的成本。Phoenix Contact Electronics公司的工程师采用ANSYS软件研发了安全继电器的数字孪生体，可实时将传感器数据与仿真结果进行整合，以提前预测故障。这样就可以选择在生产线空闲时更换或维修继电器。

加快5G网络基础设施设计

随着世界逐渐向网络化和数字化发展，更大量数据和更高速度的需求是显而易见的。全球互联网流量的增长以及云和数据中心分散化的提高，使得可支持5G网络基础设施的有线与无线网络应运而生。5G技术有望实现一次大的升级：1000倍的流量、10倍的网速和10倍的吞吐量。这些系统极其复杂，推动芯片与制造技术向更广阔的领域发展。eSilicon采用ANSYS的芯片-封装-系统建模与仿真软件进行设计与验证，这样能为这个不断发展的市场提供及时且精准的服务。

设计更轻更坚固的赛车

来自全球高校工科学生团队竞相参与Formula SAE (FSAE)赛车设计比赛，让他们有机会以实际有趣的方式利用自己的工程知识制造一辆赛车。为了设计出比典型FSAE赛车重量更轻、连接更牢固且更易于制造的一款赛车，E-AGLE Trento参赛团队采用了ANSYS增材制造解决方案和ANSYS Mechanical的拓扑优化功能。

瓶中的太阳：核聚变

在地球上重现聚变过程能为满足全球能源需求提供可持续的解决方案，但这需要解决一些极其棘手的技术挑战。意大利国家新技术、能源与可持续经济发展局的工程师正在使用ANSYS Mechanical和ANSYS SpaceClaim对示范电站项目关键结构的设计进行优化，而该项目产出的聚变能将与现代发电厂产能达到同等规模。

降低开关装置的电流应力

在设备发生紧急情况或需要进行维护时，其高压高电流电源必须能够安全快速地切断。然而，高电流会使触头之间的气体也产生导电性，产生电弧并导致电流持续流动，而持续的电流也会对母排造成额外的应力，因而像电灯开关那样只是简单地分开两个触头是不够的。Lucy Electric工程师对电动力进行了估算，同时还采用ANSYS Mechanical对特定栅片的形状、布局与耐用性进行了优化。通过使用仿真技术，Lucy Electric经济而快速地提高了开关设备的性能，向市场提供优质、可靠的能源产品。

保持太阳能逆变器的使用寿命

电力部门越来越多地要求将太阳能发电系统及其它分布式发电系统并入电网的逆变器，这样能够注入无功功率，帮助维持电网稳定。然而， 产生无功功率会增大逆变器的热应力，这可能会缩短其使用寿命。匹兹堡大学研究人员使用ANSYS仿真软件，在进行原型设计之前对逆变器进行电子特性分析及热特性分析，以帮助设计人员在产品研发早期阶段做出更明智的决策。

增材制造和仿真强化个性化植入物

为了给需要植入的患者提供有效治疗， 初创公司VOLMO率先研发了一款可将患者个人信息数据转换成计算机模型的软件工具。这一过程依靠ANSYS Mechanical在增材制造之前仿真和虚拟测试模型，增材制造可创建能改善患者生活品质并能降低整体医疗成本的个性化植入物，这可能将是一场改变医疗市场竞争格局的变革。

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