中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：你可能早就感受到了這種變化，風(fēng)電開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入地形復(fù)雜、氣候善變的“個(gè)性化”區(qū)域，不同的氣候和地形造就變化多端的風(fēng)速與湍流，而巨大的風(fēng)輪在捕獲這類風(fēng)能時(shí)又讓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)承載了巨大的風(fēng)險(xiǎn)，而且這樣的風(fēng)險(xiǎn)大有被加劇被累積的趨勢(shì)，這可威脅到風(fēng)機(jī)的質(zhì)量可靠性和發(fā)電性能啦！
那么，工程師們?cè)鯓硬拍茉O(shè)計(jì)出既滿足風(fēng)場(chǎng)個(gè)性化需求又能確?？煽啃院桶l(fā)電性能的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品呢？傳統(tǒng)線性理論自然難以滿足現(xiàn)代大型復(fù)雜風(fēng)機(jī)可靠性、經(jīng)濟(jì)性和機(jī)型多樣性的設(shè)計(jì)要求。正因?yàn)轱L(fēng)機(jī)的受載情況非常復(fù)雜，而機(jī)械與結(jié)構(gòu)受載時(shí)的行為往往是非線性的模式，那么通過傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單模型計(jì)算荷載作為輸入條件，再各自為戰(zhàn)地在各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行迭代的方法，就遠(yuǎn)不能反映風(fēng)機(jī)的真實(shí)情況了。也正因?yàn)檫@一點(diǎn)，風(fēng)機(jī)從研發(fā)到投放市場(chǎng)的時(shí)間被大幅延長(zhǎng)，更令人擔(dān)憂的是，因?yàn)榈凸懒朔蔷€性的動(dòng)態(tài)荷載和系統(tǒng)間的相互影響因素，設(shè)計(jì)缺陷可能會(huì)逃逸到樣機(jī)甚至量產(chǎn)階段，出現(xiàn)所有人都不希望見到的失效模式，造成大量經(jīng)濟(jì)損失。
有沒有更先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)改變傳統(tǒng)的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方法，以適應(yīng)風(fēng)電開發(fā)中的風(fēng)機(jī)定制化需求呢？實(shí)際上，風(fēng)能行業(yè)的風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)師們遇到的問題，航空行業(yè)的設(shè)計(jì)師們也遇到過：面對(duì)讓人應(yīng)接不暇的安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性、低排放這些不斷升級(jí)的需求，整個(gè)航空行業(yè)不得不重新審視傳統(tǒng)工程方法的局限性，來應(yīng)對(duì)不斷增加的系統(tǒng)復(fù)雜度和系統(tǒng)集成問題的挑戰(zhàn)。于是，多體動(dòng)力學(xué)及全三維有限單元?jiǎng)討B(tài)建模理論和技術(shù)就成為飛機(jī)設(shè)計(jì)師解決上述問題的利器。例如，空中客車公司在設(shè)計(jì)A350大型客機(jī)時(shí)，就采用了多體動(dòng)力學(xué)仿真技術(shù)，在以非線性關(guān)系相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜子系統(tǒng)之間反復(fù)迭代，來解決各個(gè)維度的技術(shù)挑戰(zhàn)，直到滿足市場(chǎng)需求。
值得一提的是，不僅僅是航空領(lǐng)域，多體動(dòng)力學(xué)以及全三維有限單元?jiǎng)討B(tài)建模理論在汽車、地鐵、機(jī)械制造等多個(gè)領(lǐng)域無不推動(dòng)了行業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步。
當(dāng)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)師們將目光投向多體動(dòng)力學(xué)以及全三維有限單元?jiǎng)討B(tài)建模理論在汽車和航空領(lǐng)域取得的成就時(shí)，更好地描述真實(shí)風(fēng)機(jī)物理結(jié)構(gòu)的非線性特征和動(dòng)態(tài)過程屬性成為可能——應(yīng)運(yùn)而生的Digital Twin?引擎，將風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)的概念和方法帶入一個(gè)新天地。
簡(jiǎn)單說， Digital Twin?是一個(gè)數(shù)字建模引擎，它可從技術(shù)上使得多體動(dòng)力學(xué)及全三維有限單元理論和建模方法在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)落地成真，有能力構(gòu)造大型高復(fù)雜度的模型，將風(fēng)機(jī)各個(gè)子系統(tǒng)乃至零部件之間的海量自由度納入考量范圍，通過把柔性多體動(dòng)力學(xué)(FMBD)和全三維有限元(FEM)的高級(jí)求解器集成到氣動(dòng)、控制、柔性結(jié)構(gòu)、合成材料、齒系、軸承等等各個(gè)環(huán)節(jié)。尤其是Digital Twin?引擎強(qiáng)大的時(shí)域分析功能能夠針對(duì)整機(jī)或者子系統(tǒng)、復(fù)雜工況組合、風(fēng)場(chǎng)特定工況等多種場(chǎng)景，進(jìn)行精準(zhǔn)的荷載分析并結(jié)合實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行擬合驗(yàn)證。
還有一點(diǎn)是，通過多線程仿真和并行計(jì)算技術(shù)，Digital Twin?引擎能夠快速地對(duì)包含有多個(gè)子集的荷載案例進(jìn)行反復(fù)推敲，并且?guī)椭L(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)師高效地對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行后處理和解讀，在“虛擬樣機(jī)”上完成大量的試驗(yàn)和驗(yàn)證，更好地理解風(fēng)機(jī)的動(dòng)態(tài)行為模式，并在樹立“物理樣機(jī)”之前對(duì)風(fēng)機(jī)的響應(yīng)模式做到胸有成竹。
再有一點(diǎn)是，通過更加接近真實(shí)情況的仿真模擬，Digital Twin?引擎對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精確的分析，從而在設(shè)計(jì)階段就通過反復(fù)迭代計(jì)算，避免了低估傳動(dòng)系和結(jié)構(gòu)件上傳遞的動(dòng)態(tài)荷載情況的發(fā)生。由此而來的一個(gè)重大改變是，傳統(tǒng)大量復(fù)雜耗時(shí)數(shù)年風(fēng)機(jī)開發(fā)周期被Digital Twin?的數(shù)字引擎縮短到半年，大量可能逃逸到量產(chǎn)的設(shè)計(jì)缺陷也在設(shè)計(jì)模型階段被消除。
至此，你可能明白了，在新的理論與建模設(shè)計(jì)方法在超級(jí)并行計(jì)算的支撐下，Digital Twin?將完整的真實(shí)物理風(fēng)機(jī)及部件系統(tǒng)忠實(shí)地映射到復(fù)雜的非線性有限元及多動(dòng)力學(xué)模型中，用強(qiáng)大的數(shù)字化模型創(chuàng)造風(fēng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性的優(yōu)異基因。
正是借助于融入Digital Twin?引擎基因的高可靠性，風(fēng)能行業(yè)現(xiàn)在也可以借鑒來自汽車行業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，將產(chǎn)品平臺(tái)化的設(shè)計(jì)理念融入到產(chǎn)品開發(fā)，將高可靠性的部件或子系統(tǒng)通過非線性并行計(jì)算進(jìn)行全局觀下的分析驗(yàn)證，并由此打造多樣性的產(chǎn)品序列，豐富了在日益復(fù)雜的風(fēng)電開發(fā)環(huán)境下的選擇。
顯然，Digital Twin?引擎啟動(dòng)了新一輪的風(fēng)機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)革命，為實(shí)現(xiàn)持續(xù)降低風(fēng)電度電成本提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
