Высокоинтегрированные легкие конструкции и оптимизированная по стоимости модульная конструкция не противоречат друг другу. Напротив: методическая комбинация обоих подходов позволяет создавать экономически эффективные продукты с минимальными усилиями. Потому что снижение веса за счет сокращения использования материалов неизбежно ставит вопрос об оптимальной технологии производства. Чтобы принять это во внимание на ранних этапах процесса разработки, оптимизация топологии расширяется за счет анализа архитектуры продукта.
В этом новом подходе сочетается легкая конструкционная конструкция и модульность, что позволяет разрабатывать экономичные и легкие конструкции. Однако эта комбинация изначально приводит к несовместимости в отношении предпочтительного метода строительства. Оптимизация топологии следует принципу функциональной интеграции, что приводит к высокоинтегрированным структурам. Эти конструкции часто имеют высокий уровень облегченной конструкции, но часто требуют использования дорогостоящих производственных процессов. Это контрастирует с разделением функций, которое обеспечивается модульностью. Благодаря определенным интерфейсам отдельные функциональные модули могут производиться с минимальными затратами, при необходимости заменяться и снижать затраты за счет увеличения доли общих деталей. Однако высокая степень модульности обычно отрицательно влияет на вес продукта. Чтобы решить этот конфликт целей, архитектура продукта анализируется с точки зрения функциональности, потока мощности, технологии производства и настраиваемости. Связь с результатами оптимизации топологии обеспечивает осмысленное разделение функций и определение интерфейса на основе требований, что способствует разработке экономичных легких конструкций.которая поддерживает разработку экономичных легких конструкций.которая поддерживает разработку экономичных легких конструкций.
Картинная галерея
Пример машины-носителя ветротурбины
Являясь конструктивным компонентом внутри гондолы ветротурбины (WT), который до сих пор был лишь слегка оптимизирован, машина-носитель предлагает большой потенциал для применения представленной методологии. Имея в среднем 10% массы гондолы, он является основным двигателем веса ветротурбины. В качестве исходной модели выступает машинный носитель ветровой турбины мощностью 2,75 МВт с частично интегрированной трансмиссией, трехточечным подшипником, взлетно-посадочной полосой крана и весом 22 т. Структура мишени с минимальным весом сначала разрабатывается путем оптимизации топологии. Допустимое пространство для решения включает как оригинальную раму машины, так и конструкцию взлетно-посадочной полосы крана. Пространство для компонентов трансмиссии и вспомогательных агрегатов не является частью этого пространства решений и определяется как неконструктивное пространство. При ограничении максимального прогиба в определенных областях учитываются как внешние ветровые нагрузки, так и собственный вес компонентов трансмиссии. Если сохраняется тот же самый стальной материал, это приводит к теоретическому минимальному весу 11,2 т машинного носителя или снижению веса на 49% по сравнению с исходной моделью.
Два модуля ведут к гибридной конструкции
Анализируя архитектуру продукта, оператор машины может быть разделен на два модуля. Первый модуль существенно поддерживает функции линии нагрузки. Эта функция выполняется компонентами подшипника ротора, эластомерного подшипника, азимутального подшипника и соединительной несущей конструкции. Компоненты для подъема и доставки груза показаны красным на рисунке 1, шаг процесса 2. Передача энергии происходит через опорную конструкцию, которая соединяет ранее упомянутые компоненты. Так как большая часть нагрузки направляется через переднюю часть держателя машины, очевидно, что следует избегать стыков в этой области и объединять функциональные элементы в один компонент. Чтобы иметь возможность наилучшим образом реализовать сложную топологию этого модуля, рекомендуется проект в виде отлитой детали. В задней части рамы машины, кроме генератора, расположены в основном вспомогательные агрегаты. Эта область не испытывает каких-либо значительных статических нагрузок и в основном поддерживает функцию «Предоставление интерфейсов». Следовательно, реализация в виде конструкции из листового металла очевидна. Это способствует рентабельному производству и в то же время предоставляет возможность адаптации этого модуля к конкретному применению без необходимости перепроектирования всей рамы машины. Это способствует рентабельному производству и в то же время предоставляет возможность адаптации этого модуля к конкретному применению без необходимости перепроектирования всей рамы машины. Это способствует рентабельному производству и в то же время предоставляет возможность адаптации этого модуля к конкретному применению без необходимости перепроектирования всей рамы машины.
Представленные результаты оптимизации в настоящее время являются чисто имитационными значениями. Ориентированная на производство реализация и дизайн интерфейсов между двумя модулями приводят к увеличению веса. Поэтому можно ожидать реалистичного снижения веса как минимум на 35%. Опоры гибридных машин в литой и листовой металлической конструкции имеют среднюю удельную стоимость 3,5 евро / кг. Для рассматриваемой системы только экономия материала приведет к снижению затрат на 26 950 евро. Дополнительный потенциал заключается в использовании вторичных эффектов, переходе к более мощным системам и дальнейшем снижении веса за счет использования высокопрочных материалов. (Qui)
Вы также можете быть заинтересованы в:
Волокнистый композиционный материал
SGL Group и Bertrandt представляют легкие и экономичные опоры панели приборов
СОВЕТ ПО СЕМИНАРУ На семинаре «Мощный дизайн» Академии строительной практики дается обзор того, как конструировать конструктивные элементы в соответствии с нагрузкой и экономить материал, а также показано, как этот процесс может быть ускорен. Участники учатся проектировать структурные рамки. Это устанавливает около 80% производительности компонентов и создает прочную основу для дальнейшей детальной оптимизации.
Информация и регистрация:
* Себастьян Стейн, профессор Георг Якобс, Джонатан Спрех, Йоханнес Болк: Институт элементов машин и разработки систем RWTH Aachen
Файлы статей и ссылки на статьи
Ссылка: Себастьян Стейн представляет концепцию несущей ветротурбины на встрече пользователей легких конструкций в этом году.