發(fā)布者：凱思軟件發(fā)布日期：2024-05-15瀏覽量：
Abaqus&Simpack 1+1>2：
打造風電葉片仿真多面手
關于Abaqus：Abaqus是一款被廣泛使用的享譽國際的通用結(jié)構有限元分析工具，擅長處理復雜的結(jié)構非線性問題，包括靜態(tài)、動態(tài)、熱傳導和多物理場分析。
關于Simpack：達索系統(tǒng)SIMULIA旗下的Simpack是新一代多體動力學仿真工具，它能夠快速準確的模擬復雜機械及機電系統(tǒng)多體動力學行為，并在風電行業(yè)有著廣泛的應用，用來計算風機整機載荷，傳動鏈動力學等風機工況。
兩款功能如此強大的軟件強強聯(lián)合又會達成怎樣的結(jié)果？Abaqus與Simpack用實力證明，正確的搭配會讓1+1>2。
在聯(lián)合仿真中，Abaqus通常負責處理系統(tǒng)中結(jié)構的非線性柔性體建模和分析，如柔性體的大變形，材料的非線性等行為；而Simpack則負責計算系統(tǒng)的多體動力學行為，Abaqus與Simpack軟件的聯(lián)合仿真通過結(jié)合兩款軟件的優(yōu)勢，二者各司其職又相輔相成，提供了準確而高效的多學科聯(lián)合解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構與多體系統(tǒng)的相互作用，尤其適合考慮葉片等非線性柔性體對風機系統(tǒng)多體動力學行為的影響。
例如，Abaqus與Simpack聯(lián)合仿真在風電葉片中的應用主要體現(xiàn)在對風電機組傳動系統(tǒng)和葉片結(jié)構非線性行為的高精度動力學建模與分析。通過這種聯(lián)合仿真，工程師能夠更好地理解和預測風電機組在實際運行中的動態(tài)響應和行為，從而優(yōu)化設計、提高性能和可靠性。
在進行剛?cè)狁詈戏治鰰r，Abaqus與Simpack的聯(lián)合仿真提供了多種技術路線，以適應不同的分析需求。
聯(lián)合仿真方法：當需要考慮更多的非線性效應，如葉片的損傷失效、裂紋擴展等復雜工況時，Abaqus和Simpack的實時耦合仿真提供了解決方案。這種方法計算時間較長，能夠提供最為精確和全面的分析結(jié)果。
線性柔性體方法：采用子結(jié)構(Substructure)的方法，適合對葉片剛度和質(zhì)量分布進行簡化處理，忽略復雜的非線性效應，適用于初步設計階段和概念驗證。
Simbeam非線性離散梁方法：結(jié)合復合材料異形截面翹曲單元，能夠考慮復雜截面梁面外翹曲對葉片變形的影響。
非線性柔性體方法：針對大尺寸風機長柔葉片在極端工況下的大變形非線性行為，結(jié)合了聯(lián)合仿真和線性柔性體兩種方法的優(yōu)勢。通過非線性縮減技術，既考慮到了大型風機葉片在工作中的幾何大變形，同時通過模型減縮，將減少了自由度的葉片模型傳遞到Simpack中，從而實現(xiàn)風機載荷準確而高效的計算。因此該方法將在下文重點介紹。
Abaqus“快準狠”實戰(zhàn)：
四大功能一網(wǎng)打盡
Abaqus作為一款先進的非線性有限元分析軟件，在風機葉片仿真中的應用涵蓋了從材料選擇、結(jié)構設計、動態(tài)分析到載荷模擬等多個方面，為風電行業(yè)提供了強有力的技術支持和解決方案。通過構建精細化的有限元模型，Abaqus能夠?qū)︼L機葉片在不同工況下的應力分布、振動特性和結(jié)構穩(wěn)定性等進行準確預測和分析。Abaqus在風機葉片仿真中的強大功能包括：
非線性分析功能：在風機葉片的設計和優(yōu)化過程中，Abaqus的非線性分析功能尤為重要，它可以幫助工程師評估葉片在極端載荷下的性能，如在揮舞和擺振方向上的設計荷載作用。
模擬風機葉片動態(tài)響應：Abaqus還能夠模擬風機葉片的動態(tài)響應，包括在旋轉(zhuǎn)和靜止狀態(tài)下的模態(tài)分析，以及在考慮風載和其他外部激勵下的動態(tài)特性。
宏細觀一體化數(shù)值模型建模方法：在復合材料風電葉片的分析中，Abaqus的宏細觀一體化數(shù)值模型建模方法能夠考慮纖維增強復合材料的特性，從而更準確地預測葉片的力學行為。
風電葉片的振動特性與應力分布分析：對于風電葉片的振動特性與應力分布問題，Abaqus也提供了有效的分析手段，幫助研究了解葉片在實際工作中的性能表現(xiàn)。
基于Abaqus的復合材料葉片的設計與優(yōu)化
基于Abaqus的復合材料葉片特殊工況分析
應用流程全破解：
Abaqus非線性柔性體建模及縮減技術
Simpack新開發(fā)了Abaqus的非線性接口?；谶_索系統(tǒng)的結(jié)構非線性分析工具Abaqus，模擬大尺寸葉片在極端風載下的大變形，軟件對葉片模型進行非線性縮減，保留了葉片部件的幾何非線性特性，然后導入到Simpack中。這種縮減模型的方法特別適用于具有大量自由度的復雜模型，它通過減少模型的自由度來簡化計算，同時盡可能保持原有模型的準確性，可以顯著減少計算資源的需求和計算時間，而不犧牲太多的精度。
在Abaqus中，利用關鍵字*REDUCED BASIS GENERATE實現(xiàn)模型的縮減，此關鍵字對應的縮減模型方法是一種模型降階技術，通常與模態(tài)疊加法（Mode Superposition Method）結(jié)合使用，通過將結(jié)構的動態(tài)響應分解為一系列模態(tài)（或振型）的疊加來計算，生成一個縮減的模態(tài)集，這些模態(tài)足以捕捉結(jié)構的主要動態(tài)特性。
通過模型縮減生成非線性縮減后，葉片的Simpack輸入文件，導入到Simpack中，進行風機系統(tǒng)在極端工況下的載荷計算。同時，為了方便風電仿真工程師的使用，Abaqus開發(fā)了對應的插件，支持輸入?yún)?shù)的圖形化界面，用戶可以很方便地定義一些參數(shù)，例如模態(tài)數(shù)量、頻率范圍等，以確定哪些模態(tài)將被包含在縮減模型中。整個流程如下圖所示：
導航式建模手冊：
操作指南在手，高效建模我有
為了幫助風電工程師可以快速實現(xiàn)長柔葉片在Abaqus軟件中的建模工作，SIMULIA團隊工程師編寫了詳細的導航式建模手冊，參考此手冊，風電結(jié)構工程師可以快速建立Abaqus復材葉片模型，并輸出供Simpack使用的減縮模型，極大的方便了此方法在風電行業(yè)的應用。
大型風電機組長柔葉片非線性柔性體建模手冊
風機大型化帶來的長柔葉片（葉片長度超過100m）的非線性效應，成為目前風電行業(yè)進行風機整機極端載荷工況計算中必須考慮的因素。達索系統(tǒng)深耕多年，始終緊跟行業(yè)風向，打造Abaqus+Simpack聯(lián)動方案，“快準狠”出擊。
利用Abaqus軟件強大的復材及非線性結(jié)構仿真功能，模擬葉片在極端工況下的非線性行為，同時通過特有的非線性柔性體減縮技術，輸出可供Simpack運行的減縮模型，在Simpack的整機載荷計算中，保證高效計算效率的情況下，可以準確考慮長柔葉片的非線性行為，打破仿真瓶頸，為行業(yè)提供前瞻思考。
大型風電機組長柔葉片非線性柔性體仿真分析流程
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