Abaqus&Simpack 1+1>2：打造風(fēng)電葉片仿真多面手

關(guān)于Abaqus：Abaqus是一款被廣泛使用的享譽(yù)國(guó)際的通用結(jié)構(gòu)有限元分析工具，擅長(zhǎng)處理復(fù)雜的結(jié)構(gòu)非線性問(wèn)題，包括靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、熱傳導(dǎo)和多物理場(chǎng)分析。

關(guān)于Simpack：達(dá)索系統(tǒng)SIMULIA旗下的Simpack是新一代多體動(dòng)力學(xué)仿真工具，它能夠快速準(zhǔn)確的模擬復(fù)雜機(jī)械及機(jī)電系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)行為，并在風(fēng)電行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，用來(lái)計(jì)算風(fēng)機(jī)整機(jī)載荷，傳動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)等風(fēng)機(jī)工況。

兩款功能如此強(qiáng)大的軟件強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合又會(huì)達(dá)成怎樣的結(jié)果？Abaqus與Simpack用實(shí)力證明，正確的搭配會(huì)讓1+1>2。

 Abaqus與Simpack仿真分析

在聯(lián)合仿真中，Abaqus通常負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)中結(jié)構(gòu)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(fù)責(zé)計(jì)算系統(tǒng)的多體動(dòng)力學(xué)行為，Abaqus與Simpack軟件的聯(lián)合仿真通過(guò)結(jié)合兩款軟件的優(yōu)勢(shì)，二者各司其職又相輔相成，提供了準(zhǔn)確而高效的多學(xué)科聯(lián)合解決方案，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)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(duì)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)行為的影響。

例如，Abaqus與Simpack聯(lián)合仿真在風(fēng)電葉片中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對(duì)風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)和葉片結(jié)構(gòu)非線性行為的高精度動(dòng)力學(xué)建模與分析。通過(guò)這種聯(lián)合仿真，工程師能夠更好地理解和預(yù)測(cè)風(fēng)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和行為，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)、提高性能和可靠性。

在進(jìn)行剛?cè)狁詈戏治鰰r(shí)，Abaqus與Simpack的聯(lián)合仿真提供了多種技術(shù)路線，以適應(yīng)不同的分析需求。

#Abaqus和Simpack實(shí)時(shí)耦合的方法：
 聯(lián)合仿真方法：當(dāng)需要考慮更多的非線性效應(yīng)，如葉片的損傷失效、裂紋擴(kuò)展等復(fù)雜工況時(shí)，Abaqus和Simpack的實(shí)時(shí)耦合仿真提供了解決方案。這種方法計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，能夠提供最為精確和全面的分析結(jié)果。

#基于Abaqus縮減模型的方法：
 線性柔性體方法：采用子結(jié)構(gòu)(Substructure)的方法，適合對(duì)葉片剛度和質(zhì)量分布進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，忽略復(fù)雜的非線性效應(yīng)，適用于初步設(shè)計(jì)階段和概念驗(yàn)證。

Simbeam非線性離散梁方法：結(jié)合復(fù)合材料異形截面翹曲單元，能夠考慮復(fù)雜截面梁面外翹曲對(duì)葉片變形的影響。

非線性柔性體方法：針對(duì)大尺寸風(fēng)機(jī)長(zhǎng)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(shì)。通過(guò)非線性縮減技術(shù)，既考慮到了大型風(fēng)機(jī)葉片在工作中的幾何大變形，同時(shí)通過(guò)模型減縮，將減少了自由度的葉片模型傳遞到Simpack中，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)載荷準(zhǔn)確而高效的計(jì)算。因此該方法將在下文重點(diǎn)介紹。

Abaqus與Simpack聯(lián)合仿真技術(shù)路線

02Abaqus“快準(zhǔn)狠”實(shí)戰(zhàn)：四大功能一網(wǎng)打盡

Abaqus作為一款先進(jìn)的非線性有限元分析軟件，在風(fēng)機(jī)葉片仿真中的應(yīng)用涵蓋了從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)分析到載荷模擬等多個(gè)方面，為風(fēng)電行業(yè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和解決方案。通過(guò)構(gòu)建精細(xì)化的有限元模型，Abaqus能夠?qū)︼L(fēng)機(jī)葉片在不同工況下的應(yīng)力分布、振動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和分析。Abaqus在風(fēng)機(jī)葉片仿真中的強(qiáng)大功能包括：

01非線性分析功能：在風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)和優(yōu)化過(guò)程中，Abaqus的非線性分析功能尤為重要，它可以幫助工程師評(píng)估葉片在極端載荷下的性能，如在揮舞和擺振方向上的設(shè)計(jì)荷載作用。

02模擬風(fēng)機(jī)葉片動(dòng)態(tài)響應(yīng)：Abaqus還能夠模擬風(fēng)機(jī)葉片的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，包括在旋轉(zhuǎn)和靜止?fàn)顟B(tài)下的模態(tài)分析，以及在考慮風(fēng)載和其他外部激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)特性。

03宏細(xì)觀一體化數(shù)值模型建模方法：在復(fù)合材料風(fēng)電葉片的分析中，Abaqus的宏細(xì)觀一體化數(shù)值模型建模方法能夠考慮纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的特性，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)葉片的力學(xué)行為。

04風(fēng)電葉片的振動(dòng)特性與應(yīng)力分布分析：對(duì)于風(fēng)電葉片的振動(dòng)特性與應(yīng)力分布問(wèn)題，Abaqus也提供了有效的分析手段，幫助研究了解葉片在實(shí)際工作中的性能表現(xiàn)。

基于Abaqus的復(fù)合材料葉片的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

基于Abaqus的復(fù)合材料葉片特殊工況分析

03應(yīng)用流程全破解：Abaqus非線性柔性體建模及縮減技術(shù)

Simpack新開(kāi)發(fā)了Abaqus的非線性接口?；谶_(dá)索系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非線性分析工具Abaqus，模擬大尺寸葉片在極端風(fēng)載下的大變形，軟件對(duì)葉片模型進(jìn)行非線性縮減，保留了葉片部件的幾何非線性特性，然后導(dǎo)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(fù)雜模型，它通過(guò)減少模型的自由度來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算，同時(shí)盡可能保持原有模型的準(zhǔn)確性，可以顯著減少計(jì)算資源的需求和計(jì)算時(shí)間，而不犧牲太多的精度。

在Abaqus中，利用關(guān)鍵字*REDUCED BASIS GENERATE實(shí)現(xiàn)模型的縮減，此關(guān)鍵字對(duì)應(yīng)的縮減模型方法是一種模型降階技術(shù)，通常與模態(tài)疊加法（Mode Superposition Method）結(jié)合使用，通過(guò)將結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分解為一系列模態(tài)（或振型）的疊加來(lái)計(jì)算，生成一個(gè)縮減的模態(tài)集，這些模態(tài)足以捕捉結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)討B(tài)特性。

通過(guò)模型縮減生成非線性縮減后，葉片的Simpack輸入文件，導(dǎo)入到Simpack中，進(jìn)行風(fēng)機(jī)系統(tǒng)在極端工況下的載荷計(jì)算。同時(shí)，為了方便風(fēng)電仿真工程師的使用，Abaqus開(kāi)發(fā)了對(duì)應(yīng)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(gè)流程如下圖所示： 

大型風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)柔葉片

非線性柔性體仿真分析流程

導(dǎo)航式建模手冊(cè)：操作指南在手，高效建模我有

為了幫助風(fēng)電工程師可以快速實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)柔葉片在Abaqus軟件中的建模工作，SIMULIA團(tuán)隊(duì)工程師編寫了詳細(xì)的導(dǎo)航式建模手冊(cè)，參考此手冊(cè)，風(fēng)電結(jié)構(gòu)工程師可以快速建立Abaqus復(fù)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(fēng)電行業(yè)的應(yīng)用。

大型風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)柔葉片非線性柔性體建模手冊(cè)

風(fēng)機(jī)大型化帶來(lái)的長(zhǎng)柔葉片（葉片長(zhǎng)度超過(guò)100m）的非線性效應(yīng)，成為目前風(fēng)電行業(yè)進(jìn)行風(fēng)機(jī)整機(jī)極端載荷工況計(jì)算中必須考慮的因素。達(dá)索系統(tǒng)深耕多年，始終緊跟行業(yè)風(fēng)向，打造Abaqus+Simpack聯(lián)動(dòng)方案，“快準(zhǔn)狠”出擊。

利用Abaqus軟件強(qiáng)大的復(fù)材及非線性結(jié)構(gòu)仿真功能，模擬葉片在極端工況下的非線性行為，同時(shí)通過(guò)特有的非線性柔性體減縮技術(shù)，輸出可供Simpack運(yùn)行的減縮模型，在Simpack的整機(jī)載荷計(jì)算中，保證高效計(jì)算效率的情況下，可以準(zhǔn)確考慮長(zhǎng)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(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)柔葉片非線性柔性體仿真分析流程