HyperWorks在太阳能电池板系统设计中提升机械性能、降低生产成本

“HyperWorks在缩短设计迭代时间（相对其他分析工具），帮助客户以更快的速度、更低的成本将卓越的产品推向市场方面非常有帮助。这也是我们正在做的事情。”Billy Wight, Luxon Engineering总裁

解决方案

Luxon利用仿真分析和优化技术重新设计了该产品，不但满足了新的设计要求，而且在性能提升的同时降低了产品重量和制造成本。新设计方案用到了Altair HyperWorks中的多个模块。“我们采用HyperMesh建立分析任务中所有的有限元模型。”Wight说，“使用HyperWorks结构优化工具OptiStruct对电池板系统进行线性和非线性仿真，以评估该系统结构的完整性”。另外，Luxon还应用了OptiStruct的拓扑、形貌及尺寸/形状优化功能。“我们希望在不降低系统强度的前提下尽可能减少材料使用，以降低生产成本。”Wight解释道，“与此同时，我们也希望尽可能地增加结构的刚度性能。”

该产品由多组镜头构成，这些镜头的焦点分布在较大区域的光电池上。如果电池与镜头间的焦距发生改变，电池板的工作效能将下降。因此，Luxon的主要工作是增强支撑电池的面板刚度，最大限度地提高产品的投入产出比。

我们使用OptiStruct优化电池板和驱动机构，驱动机构用于支撑整个系统和驱动系统在X轴和Y轴旋转以跟随太阳运动。”Wight说，“我们知道驱动机构的关键位置，但是不确定机构中最佳的传力路径。为此，我们使用OptiStruct的拓扑优化技术寻找最佳的材料分布位置并进行深入的结构分析。”

曲柄臂结构拓扑优化流程

结论

Luxon应用HyperWorks出色地完成了设计目标，降低了产品制造成本并显著提高仿真效率。例如，经过拓扑优化分析，Luxon提高了驱动机构的结构性能并且降低了8%的制造成本。新设计方案满足了风载、雪载及地震载荷必须的结构要求。使用OptiStruct的拓扑优化技术，Luxon重新设计了曲柄臂结构，该结构由铸铁组件取代了钢焊接件，降低了38%的制造成本并实现了52%的结构减重。

“我们能够大大降低产品的制造成本并且提高产品的稳健性。因此，该产品可以在地球上任何地方使用。”Wight说。

他说，HyperWorks在满足客户低成本、高强度的产品需求时起到了关键作用。优化过程往往不直观。在传统的优化设计流程中，工程师设计一种结构，进行仿真分析并根据经验反复修改，直至达到直觉上的 “优化”。这一过程很少能够获得类似于OptiStruct自动产生的、不基于经验的结果。这将大大减少分析时间及精力。

Wight 指出，项目期间，HyperWorks强大的功能给他们的客户留下了深刻的印象。因此，Luxon在产品研发过程中尽可能使用HyperWorks。

另外，Wight表示，他正在深入应用HyperWorks。”我一直在寻找和使用这些工具的新功能。”他说，“当前，我们需要分析像太阳能电池板之类的大规模产品。在进行太阳能电池板（约860万网格）模态频率分析时，OptiStruct自动多级子结构特征值求解方法(AMSES)的计算效率比Lanczos方法快2.5倍， 而计算结果仅有0.003%的偏差。”

Wight是HyperWorks软件、许可管理模式及持续开发的新功能的忠实用户。“与Altair合作过程中，最令人兴奋的是该公司一直在努力开发他们的产品，”他说，“他们不断发布新的解决方案（例如集成在HyperWorks中的AcuSolve）并且允许我们在同一时间使用这些方案。另外，Altair许可管理模式对我们也非常有利，因为我们需要在同一时间使用所有的功能。通过HyperWorks一体化的软件包，我们不必单独购买许可证。”借助于HyperWorks，Luxon Engineering正走在仿真驱动设计的最前沿，且Luxon的客户也因此获得竞争优势。

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