时间：2022-12-30 来源：转载于：数字化企业网
本文建立了完整快速的塔筒CAE建模体系，工程师只要按照规定步骤进行简单操作就能快速完成建模工作。自动化建模部件提高了工作效率，也能保证不同工程师创建的模型有稳定和一致的质量。本文成果目前已在多个研发项目中使用，每轮分析能节省公时30个。
1 概述
目前CAE技术已经成为风力发电机组研发的关键工具。CAE分析可加速优化设计、驱动问题的快速整改，从而实现研发成本的降低和研发周期的缩短。
风力发电机组的塔筒从最初的设计到设计定型至少要经过三到四轮的校核。首先根据预设计载荷对塔筒进行校核，根据校核合格的塔筒重新计算塔筒载荷，然后根据更新后的塔筒载荷对塔筒再次进行校核，该次校核后对塔筒尺寸进行定型，当最后风机各个部件定型后，根据定型尺寸再次进行塔筒载荷计算，最后根据新载荷对定型后的塔筒进行校核。塔筒之于风力发电机组就像骨骼之于人类。塔筒的可靠性是整个风力发电机组运行中最基本的要素。塔筒设计时必须确保其可靠的支撑风力发电机在高空中持续运行，由于发电机容量及不同风电场的风况条件的差异，现在行业内多是针对不同的风场对其定制专用塔筒。综上所述塔筒的研发任务重，实现CAE建模与分析流程自动化后，用户只需输入简单指令，计算机便能够按照规范要求自动完成各种复杂操作，自动设置根据经验提炼出的各项参数。从而将繁琐的人工操作转化为自动实现，达到提升效率和规范操作的目的。
本文基于TCL编程语言和Atair.HyperMesh软件平台进行二次开发。在充分调研CAE工程师实际需求的基础上，确定程序的功能、运行流程和操作界面；并且在实际项目工作中反复调试优化。
2 CAE建型流程自动化
塔筒CAE建模自动化流程能够实现自动几何清理和划分网格、自动赋材料和属性、自动设置边界和加载。CAE建模流程自动化界面如图1所示。
图1 CAE建模流程自动化界面
塔筒CAE模型的创建要符合GL以及Euro code等规范的要求，根据规范的具体要求以及塔筒几何模型的构成，开发的CAE自动化建模逻辑流程如下图2所示。
图2 CAE建模自动化逻辑流程图
2.1 网格划分模块
网格划分模块对应于图1所示的绿色按钮部分。点击“Delete Tower Adjunt”按钮，然后在弹出的组件面板中选定要删除的塔筒几何模型中不参与分析计算的组件。点击“Geo Cleanup”按钮，然后在弹出的面板组件中选定要去除的圆角和线。点击“Meas Thickness”按钮，然后在弹出的面板组件中选定要测量厚度的组件。点击“Auto Mesh 4T”和“Auto Mesh 6T”按钮，然后在弹出的面板组件中进行设置，则会在门框位置0.4倍筒壁厚度和0.6倍筒壁厚度处划分网格。点击“Auto Mesh Door”和“Auto Mesh Tower”按钮，在弹出的面板组件中进行设置，则将门框和塔筒其他位置进行网格划分。点击“Ele Check”按钮，在弹出的面板中选择单元，进行单元质量检查。
2.2 材料与属性模块
材料与属性模块对应于图1所示的红色按钮部分。风力发电机组中需要进行分析的零部件一般设计到Q345E和QT350这两种材料。点击“Mat Q345E”和“Mat QT350”按钮，则自动创建两种材料。点击“Prop Abaqus”按钮，然后在弹出的组件面板中选定单元进行单元属性设置。
2.3 求解设置模块
求解设置模块对应于图1所示的黄色按钮部分。点击“Set Boun Condition”按钮，然后在弹出的组件面板中进行边界约束条件的设置。点击“Load”按钮，然后在弹出的组件面板中进行加载的设置。点击“Set Output”按钮，然后在弹出的组件面板中进行输出的设置。点击“Export inp”按钮，在弹出的面板组件中选择inp文件存放位置后输出inp文件。
3 技术应用前景
本文在HyperMesh平台上运用TCL进行二次开发已建立了完整的快速建模体系，目前已通过该体系完成3个新项目研发。每轮建模所需工时由40个小时缩减至目前0.5个小时，建模出错率减少了90%以上。
本文所开发的自动化工具不仅提高了工作效率，还确保按照规范要求执行操作，因此可减少人为错误发生的机率，提升分析结果的准确性。常规的CAE建模和分析工作实现自动化，可推动CAE工程师的工作重点向非常规和创造性的工作转移。
企业在CAE分析方面通常都有多年的经验积累，这些经验可封装到工具程序中，从而实现经验的固化传承。CAE工程师只要按照规定的步骤进行简单操作就能快速完成建模和分析工作。
本文所开发的流程自动化工具程序易于安装，只需把程序文本拷贝到指定目录下；其操作方式也易掌握，大部分情况下用户只需进行鼠标点击、键盘输入简单数据等操作。因此这一系列自动化工具不仅适用于CAE专业工程师，也可在其它专业（例如结构设计）推广。