, .

CAD / CAM / CAE - софтуерни решения и технологии.

.

АБОНИРАЙТЕ СЕ

Бюлетин

Абонамент за е-бюлетин




Анкета

Как да изглежда форума в частта, касаеща софтуера?
1. Да се раздели по категории - CAD, CAM, CAE
2. Да не се променя
3. Друго - отправете предложения

Термични симулационни анализи за конструирането на асансьор

 Термични симулационни анализи за конструирането на асансьор


Автор Марк Флетчър


MagneMotion наскоро започна да прилага своята уникална линейно синхронна моторна (LSM - linear synchronous motor) технология, за да разработи асансьор с многотонен вертикален повдигащ капацитет. Дизайнът, който е използван от край до край са подравнени серийни LSM релси във всеки ъгъл на асансьорната шахта, образуващи колони за удължаване до пълната височина на шахтата.

MagneMotion сключи договор с AnJen Solutions, консултантска компания в областта на машиностроенето, специализирана в топлинната симулация, за да се оцени и оптимизира поглъщането на топлина от LSM релсите. "FloTHERM – софтуера на Mentor Graphics Mechanical Analysis Division (преди Flomerics) осигурява пълно разбиране на процеса на топлообмен между радиатор и LSM поддържащата структура и конвективния топлообмен с околната среда", казва Michael Rigby от AnJen Solutions. "Симулацията показва, че намаляването на броя на ребрата и промяната на разстоянието между тях и дебелината им, би намалило теглото на общата конструкция с около 1/3, като се предоставя една и съща топлинна ефективност при проектирането."

 

 

LSM топлинни фактори


Един LSM асансьор е съставена от капсулирани масиви от медни бобини (LSM перила), монтирани във всеки ъгъл на асансьорната шахта и стационарни магнити (статори), монтирани към асансьорна платформа. Електрически ток преминава през медни бобини създава магнитно поле, което тласка асансьорната платформа. Система за контрол синхронизира магнитното поле при движение с асансьорната платформа.
При традиционните хоризонтални транспортни системи, където теглото на полезния товар е относително ниско и средата е благоприятна, инженерите от MagneMotion използват двумерен ограничен елементен анализ (FEA - finite element analysis), за да предскажат температурно свиване и капсуловане при релсите. Този подход изисква доближаване на конвективното топлопредаване от елементите към околния въздух.
Съвременните приложения на асансьора въвеждат значително по-голямо тегло, вертикална ориентация на релсите и потенциално по-тежки условия на околната среда. Тези нови конструкторски ограничения изискват по-точна характеристика на граничните условия между повърхността и въздуха.

 

 

CFD напълно симулира LSM топлинното управление


MagneMotion се договори с AnJen Solutions да изпълнят CFD върху вертикални LSM. Предимството на CFD е способността за моделиране на въздушния поток около LSM, което прави възможно да се предскаже точно конвекцията. FloTHERM софтуерът е специално проектиран за предизвикателствата на управлението на топлинното моделиране на електронни и електрически системи. "FloTHERM предлага широка гама от функции като автоматичен оптимизатор и компактни модели, които позволяват да се подобри ефективността на охлаждането и да се намали времето за инженерните дейности," казва Rigby. "Тези и други възможности на софтуера оптимизират проектирането на оребряването, което е важно, тъй като общото тегло на LSM е от критично значение за клиентите на MagneMotion."
MagneMotion осигурява на AnJen LSM геометрия под формата на STEP файл. Моделът се състои от седем отделни алуминиеви радиатори, кондуктивно свързани с алуминиеви блокове със същата дебелина. Rigby затваря структурата използвайки кубовидни елементи. Той конструира хоризонтални и вертикални елементи като алуминиеви блокове. Хоризонталните елементи имат квадратни отвори със същия поток като кръглите вентилационни отвори.
Общата мощност, влизаща в радиатора е 600W, равномерно разпределени в цялата му задна повърхност. Разстоянието от задната повърхност (интерфейсна площ с LSM перила) до стената на асансьорната шахта е 130,25 мм. Напречното сечение на потока е 174,92 х 431,6 мм. Естествената конвекция индуцирана от 600W топлинно натоварване е единственото условие на потока, което се взема предвид.

FloTHERM решава цялостно топлинните проблеми включително и топлинната проводимост от мотор към механична структура и оребряването, както и конвекция от механичната конструкция към въздуха. FloTHERM реши уравненията Navier-Stokes за определяне на въздушния поток, причинен от топлинно натоварване.


В първоначалния дизайн използвали радиатор с ребро с височина 94,65 мм,  дебелината на реброто 11,47 мм и дебелина на основата 10,2 мм. Този тип геометрия осигурява тегло - 68lb. Температурата при взаимодействието между двигателя и структурата беше 114,7 ° F. Температурата е с безопасни стойности под максималната температура от 150 ° F. Следващата задача на Rigby е да види дали може да намали теглото на радиатора без това да окаже голямо влияние върху интерфейс температурата.


Итерации за оптимизация на конструкцията


Rigby оцени 11 различни конструкторски сценария като промени броя на ребрата, разстоянието между тях и дебелината на модела. Брой на ребрата 15 и дебелина от 3 мм осигурява най-ниското тегло, като същевременно удовлетворява изискванията за интерфейсната температура. Тегло от порядъка на 39lb е оптимално за конструкцията конфигурация и спестява повече от 1/3 от теглото в сравнение с изходната конфигурация.
Rigby също проследи редица допълнителни случаи, за да изследва и други потенциални конструкторски алтернативи. Първият опит показа, че намаляването на височината на ребрата води до увеличаване на интерфейсната температура. Във втория опит се доказва, че чрез използването на закрепени ребра, които да са около 30 броя с дебелина 1 мм не осигурява никакви съществени подобрения в интерфейсната температура. А третият показва ефекта на заключване на ребрата директно към стената на асансьора, което повишава интерфейсната температура. Четвъртият опит разглежда ефекта от използването на един голям вентилационен отвор, а не пет малки, използвани първоначално. Този опит показа само леко подобрение, но е доста по-скъп, тъй като при него се налага по-скъп процес на обработка. Петият опит изследва възможността за премахване на вентилационните отвори, което има негативно влияние върху интерфейсната температура.
"FloTHERM предостави задълбочено разбиране на процесите на конвективно топлопренасяне от LSM радиатори и структурните допълнения и на кондуктивния трансфер на топлина в рамките на структурата," Rigby заключава. "The CFD симулацията пести време на инженерите и намалява времето за пускане на пазара, като дава възможност да се проверява топлинната конструкция през целия LSM, без да се налага да се строят прототипи. Симулацията прави възможно значителното намаляване на теглото, а оттам и на материалните разходи."