通用机械行业的解决方案：仿真技术的力量

风电发电领域

人类历史上很早就开始利用风能，通过风车来抽水、磨面，极大的节省了人力。进入科学技术大发展的二十世纪，人类开始利用风来产生电力，极大的扩展了风能的利用范围。现在清洁的风电已经成为全球广泛发展的绿色新能源中的一只重要力量，在未来拥有不可估量的发展潜力和广阔的市场前景。

为了不断提高风电效率，降低发电成本，人类将大量高新科技技术应用于风力发电设备，使其成为了一个技术含量非常高的产品，其研发过程充满了挑战。当下，风电技术正朝着大功率、高可靠性、风场大规模、海上风电、永磁、直驱、新型复合材料叶片、智能控制等方向迅速发展，其中涉及到大量专业的计算机仿真领域，为仿真的应用提供了广阔的空间：

结构强度问题：叶片、机架、塔架强度、变形；螺栓组接触等；塔架稳定性；地震危害分析；

结构疲劳问题：结构在变化风载下的寿命设计；设计寿命下的可靠性等；

流场分析：风场选址；叶片流型及机架外壳流线型优化；

电磁分析：电机磁场分析等。

风力发电领域相关应用

• 风力发电机组强度、振动分析
• 风力发电机组疲劳寿命分析
• 风力发电机组流体力学分析
• 风力发电机组热管理系统
• 风力发电机组电磁及多物理场分析
• 风力发电机组零部件制造工艺仿真

叶片模型及叶片应力云图

机架疲劳寿命云图

叶片流体分析

风力发电相关仿真软件模块

几何建模：ANSYS DesignModeler、ANSYS SpaceClaim

叶片复合材料处理：ANSYS ACP

结构仿真分析：ANSYS Mechanical

疲劳寿命分析：ANSYS nCode DesignLife

流体仿真分析：Ansys CFX、Fluent、ICEM CFD

海洋风电水动力学分析：ANSYS AQWA

旋转电机设计专家：RMxprt

电磁场仿真分析：ANSYS Maxwell2D/3D

机电系统设计：ANSYS Simplorer

多物理场耦合分析：ANSYS Multiphysics/ANSYS AIM

变频器等电气设备热设计：ANSYS ICEPAK

设计优化分析：ANSYS DesignXplorer

设计优化、可靠性和鲁棒性分析：OptiSLang

多学科优化和拓扑优化：VR&D Gensis

液压控制分析：HypNeu

锻造成形及热处理仿真：Deform

铸造成形仿真：NovaCast

作业调度与高性能计算：PERA.Grid、ANSYS HPC

协同仿真环境及仿真流程与数据管理：ANSYS WorkBench、EKM

传动机械领域

传动机械就是利用机械方式传递动力和运动。机械传动在机械工程中应用非常广泛,有多种形式,主要可分为两类：①靠机件间的摩擦力传递动力和运动的摩擦传动，包括带传动、绳传动和摩擦轮传动等。摩擦传动容易实现无级变速,大都能适应轴间距较大的传动场合,过载打滑还能起到缓冲和保护传动装置的作用，但这种传动一般不能用于大功率的场合，也不能保证准确的传动比。②靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的啮合传动，包括齿轮传动、链传动、螺旋传动和谐波传动等。啮合传动能够用于大功率的场合，传动比较准确，但一般要求较高的制造精度和安装精度。传动机械包括：变速箱、轴承、减速器、齿轮等设备或者零部件。

传动机械领域相关应用

• 减速器零部件结构的强度、刚度分析
• 减速器结构动力学特性分析
• 减速器零部件的疲劳寿命分析
• 减速器零部件成型工艺仿真分析
• 轴承接触分析
• 轴承强度与刚度分析
• 轴承动力学性能分析
• 轴承温度以及热应力分析
• 轴承疲劳分析与内部流场CAE分析
• 轴承可靠性分析
• 其他（齿轮箱润滑特性、性能优化问题）

传动机械相关仿真软件模块

几何建模：Ansys DesignModeler、Ansys SCDM

结构仿真分析：Ansys Mechanical

多体动力学分析：Recurdyn、MBD4ANSYS

疲劳寿命分析：Ansys nCode Designlife、Ansys Fatigue

流体仿真分析：Ansys CFX、Fluent

多物理场耦合分析：Ansys Multiphysics

锻造成形工艺仿真：Deform

铸造成形工艺仿真：NovaCast

设计优化分析：Ansys DesignXploer

优化、可靠性和稳健性分析：OptiSLang

多学科优化、拓扑优化、设计优化分析：VR&D Gensis

作业调度与高性能计算：PERA.Grid、ANSYS HPC

协同仿真环境及仿真流程与数据管理：ANSYS Workbench，EKM

泵领域

泵是输送液体或使液体增压的机械，是工业的心脏，在国民经济的发展中一直发挥着十分重要的作用。泵的种类很多，大致可分为离心泵、柱塞泵、液压泵等。泵在关系到国家经济和国防安全的能源、石化、泵、航天、钢铁、军工等重要领域就有大量应用。

按工作原理分，泵可分为叶片式泵、容积式泵和其他类型的泵。

泵的结构通常来说比较复杂、运行条件也是千差万别，甚至有时候会非常恶劣。在泵的研发和运行过程中通常需要考虑的主要物理问题有：

1）过流部件设计（对叶片泵而言，水力设计是最核心的内容之一）；

2）结构件强度及刚度校核；

3）结构件刚度校核；

4）泵体散热分析；

5）机械振动及噪声分析；

6）零部件的疲劳寿命分析；

7）结构优化；

8）机组启停特性分析；

9）事故条件下的机组水锤特性分析等。

随着现代CAE仿真技术的日趋成熟，采用ANSYS软件解决以上问题已经成为现实。企业对新产品的研发可以在试验、经验的基础上结合这种先进的研发手段，从而提升研发设计能力、节省产品开发成本、缩短开发周期，从而大幅度提高企业的市场竞争力。CAE仿真技术在解决、泵产品研发过程中部分常见工程如下。

泵领域相关应用

• 锅炉及部件的应力和疲劳分析
• 锅炉炉内燃烧仿真分析
• 低NOX燃烧器设计与运行问题的仿真分析
• 流化床锅炉内部流化特性研究
• 流化床锅炉关键零部件设计问题
• 锅炉制造工艺成形仿真

混流泵三维/准三维流场分

离心泵叶盘等效应分析

多级泵模态分析

泵相关仿真软件模块

一维设计工具：Vista CCD，CPD等系列

叶片设计工具：BladeGen，BladeModeler

叶栅网格生成工具：TurboGrid

高级网格生成工具：IcemCFD

结构仿真分析：ANSYS Mechanical，nCode Designlife

流体仿真分析：ANSYS CFX，Fluent

流固耦合分析：ANSYS FSI

液压控制仿真分析：HypNeu

优化设计分析：Ansys DesignXplorer，optiSLang

多学科优化和拓扑优化：VR&D Gensis

锻造成形仿真：Deform

铸造成形仿真：NovaCast

作业调度与高性能计算：PERA.Grid、ANSYS HPC

协同仿真环境及仿真流程与数据管理：ANSYS Workbench、EKM

来源：安世亚太

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