主题演讲视频:使用模拟设计闪电保护系统

2018年12月12日

在包括飞机和风力涡轮机在内的各个行业中,闪电风险是一个重要的考虑因素。但是,您如何研究可能在微秒内造成极端损害的现象的行为?以及如何确保您的产品可以承受雷击?NTS Lightning Technologies的乐动滚球app下载Justin McKennon在2018年Comsol会议上的主题演讲中回答了这些问题,讨论了多物理模拟如何帮助雷电保护系统的设计和认证。

贾斯汀·麦肯农(Justin McKennon)讨论使用建模进行闪电保护设计和认证

分析闪电风险的挑战

当涉及到雷电的影响时,麦肯农解释说:“您确实必须查看闪电环境中发生的所有物理现象的所有部分。这是一个真实的真实多物理问题。”例如,在设计飞机时,工程师必须检查闪电条件下的热效应,疲劳和流动。有如此多的多物理耦合需要考虑,量化闪电的风险和影响并非易事,尤其是因为罢工仅持续微秒。

此外,飞机的每个要素(例如机翼)都必须进行全面的认证流程,以确保其符合已发布的安全标准。(毕竟,当闪电撞到飞机时,它会带来重大的安全风险。)如果在到达此阶段之前未完全理解效果,则可能意味着必须重新启动整个设计过程。

基于测试优先的方法的问题

几十年来,工程师使用“基于测试的方法”进行了避雷器保护设计,该方法涉及构建原型,然后通过近似,估计和实验数据对其进行验证。但是,麦肯农说,这种方法已经过时了,因为它涉及与安全,成本和时间有关的重大风险。例如,近似值无法说明在雷击期间,在飞机中的所有小关节和紧固件中发生的无数多物理现象。这可能会导致在测试阶段的问题,因为即使是小小的错误计算也可能使附近的研究人员处于危险之中。另外,如果设计失败,则可能需要完全更改,从而导致生产延迟和额外的成本。

为了用基于测试的方法来说明问题,McKennon分享了燃油箱的真实示例。燃油箱保护需要广泛的认证,因为它的内容很易燃:即使很小的火花也足以点燃整个水箱。现在,想象一下在模拟的闪电条件下,手动考虑,分析和测试包括每个关节在内的每个区域的难度(和费用)。毫不奇怪,即使经过深思熟虑的设计也可以在测试中被破坏。麦肯农说,对于一家公司而言,这种失败最终使他们的生产倒退了几个月,他们承担了几项总计近一百万美元的罚款。

使用多物理模拟验证闪电保护系统

麦肯农和他的团队更喜欢使用仿真来分析闪电保护设计。通过创建模型,他们能够在设计过程的早期预测风险和行为,评估设计替代方案,并利用迭代设计之间的相似性。总体而言,仿真提供了一个更安全,更实惠,更快的过程,以验证避雷针的设计。麦肯农说,他试图尽可能利用多物理学模拟,并将其与测试结合使用。他还谈到了comsolMultiphysics®软件中“小图”和“大图片”建模的简便性和准确性。

McKennon发现模拟对于设计级别的细节或“您无法测量的东西”最有用。通过建模,他和他的团队能够分析复杂的细节,以评估损坏,电压和当前流量。他们可以使用建模来例如测量快速波形中两个点之间的电压,而电流流过螺旋桨轴。在现实生活中,准确分析该电压几乎是不可能的。

至于大型模型,3D模拟简化了测试过程。当使用基于测试优先的方法验证大型设计时,它需要更多的材料,进行测试的研究人员以及如果设计失败,则需要损失。仿真可以减少资源,并且更具成本效益。对于大型设计,例如风力涡轮机刀片,多物理模型也可以提供“真正的现实生活近似值”,包括对于难以再现的复杂环境,即使在实验室中也是如此。

贾斯汀·麦肯农(Justin McKennon)在2018波士顿Comsol会议上展示了闪电保护系统的照片。乐动滚球app下载
贾斯汀·麦肯农(Justin McKennon)讨论了建模风力涡轮刀片设计的好处。

多物理模拟的作用在闪电保护领域迅速扩展。例如,工程师可以使用建模来测试大型设计(例如建筑物),以实现闪电风险和影响,这在现实世界中很具有挑战性。多物理模拟还可以更快地生产,更准确的测试和更低的成本。

您可以通过观看视频在The The The The The The Divesta Protection系统中如何使用NTS Lightning Technologies在设计和认证中使用模拟的更多信息来了解更多信息。这篇文章的顶部


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