Tạo Bản Sao Kỹ Thuật Số Từ Ansys Twin Builder | Hướng Dẫn

Tao Ban Sao Ky Thuat So Voi Ansys Twin Builder Cho Cau Golden Gate

Cầu Cổng Vàng ở San Francisco được Joseph Strauss, Leon Moisseiff và Charles Alton Ellis thiết kế vào năm 1917; là cầu treo dài nhất và cao nhất thế giới lúc bấy giờ. Họ đã không thể tưởng tượng rằng một ngày nào đó các kỹ sư khác sẽ tạo ra một bản sao kỹ thuật số của nó. Đó chính là điều mà các kỹ sư tại Ozen Engineering đã làm với sự trợ giúp của phần mềm Ansys.

“Chúng tôi muốn một thứ gì đó mà mọi người có thể nhận ra và dễ dàng hiểu được,” Phó Chủ tịch của Ozen Engineering, Chris Cowan, nói. “Cầu Cổng Vàng là một trong những cây cầu được chụp ảnh nhiều nhất trên thế giới. Ai cũng biết nó trông như thế nào.”

Cowan, cùng với các kỹ sư là Ahmed Elghandour và Anchong “Stephen” Liu, đã tạo ra một mô hình để nắm bắt áp lực gió lên cầu, và sử dụng mô hình này trong Twin Builder để tính toán các lực tác động lên cấu trúc cầu khi hướng gió hoặc tốc độ gió thay đổi.

Theo số liệu về Cầu Cổng Vàng:

  • Dài 8.980 ft (feet).
  • Cao 746 ft.
  • Rộng 90 ft.
  • 4.200 ft là nhịp dài nhất.
  • 4 năm để xây dựng.
  • Nước sâu 372 ft ở trung tâm của kênh.
  • 1,2 triệu đinh tán giữ hai tháp cầu với nhau.
  • Chi phí xây dựng trên 35 triệu đô la (khoảng 562 triệu đô la ngày nay).

Năm Bước Để Tạo Bản Sao Kỹ Thuật Số Của Cầu Cổng Vàng

Quy trình tạo bản sao kỹ thuật số của một cây cầu mang tính biểu tượng hoặc bất kỳ cấu trúc nào khác trong Ansys đều tuân theo các bước sau: tạo một cấu trúc hình học sạch để chia lưới mô phỏng và giải; sau đó tạo mô hình giảm bậc (ROM) từ mô phỏng; rồi tạo bản sao số từ phân tích ROM đó với các dữ liệu thời gian thực bằng Twin Builder.

  1. Tạo Cấu Trúc Hình Học
tao ban sao ky thuat so

Thử thách đầu tiên là tạo ra cấu trúc hình học không chỉ của cây cầu mà còn của cảnh quan xung quanh.

Ở đây, công ty đã sử dụng cấu trúc hình học dạng mở (open geometry) từ cộng đồng GrabCAD và hợp nhất nó với cấu trúc hình học tô pô (topographical, hay địa hình) của khu vực, được lấy thông qua một công cụ ACT của Ansys gọi là Topographic STL maker ACT. Application Customization Toolkit (ACT–bộ công cụ tùy chỉnh ứng dụng) là một môi trường phát triển dễ dùng, sử dụng ngôn ngữ lập trình XML và IronPython để cho phép người dùng không chuyên tạo ứng dụng tùy chỉnh cho các quy trình làm việc nâng cao.

tao ban sao ky thuat so 2

“Vấn đề là các cấu trúc hình học. Chúng cần được xây dựng để mô phỏng,” Cowan nói. “Làm sạch chúng là một công việc dành cho phần mềm tạo mô hình 3D Ansys SpaceClaim, và nó đã hoạt động tốt.”

  1. Chia Lưới
chia luoi mo phong ky thuat so

Ở bước này, công nghệ Mosaic Meshing của Ansys có thể tự động kết nối các loại bộ lưới khác nhau với các phần tử đa diện thông thường. Tính năng Poly-Hexcore mới trong Ansys Fluent sử dụng công nghệ này để điền vào những phần lớn hơn với các khối hình lục diện (sáu mặt) dựa trên cây octree (octree hexes), duy trì một bộ lưới đa lăng trụ (polyprism) chất lượng cao trong lớp biên và kết nối hai bộ lưới này một cách nhất quán với các phần tử đa diện nói chung.

“Kích thước của cây cầu đòi hỏi một bộ lưới phức tạp để có thể nắm bắt tất cảc quy mô khác nhau trong một mô phỏng,” Cowan nói. “Nhờ vào tính năng chia lưới của Ansys Fluent, công việc này đã được tiếp cận một cách trực diện và hiệu quả.”

Kích thước bộ lưới này lớn đến mức nào? Kích thước mô hình chất lưu này là 7,670 m x 6,150 m x 720 m3, yêu cầu 4,8 triệu phần tử Poly-Hexcore và 14,5 triệu node.

  1. Giải Bộ Lưới Mô Phỏng
giai bo luoi mo phong

“Tính toán động lực học chất lưu (sử dụng điện toán) (CFD) là một vấn đề phi tuyến tính về bản chất, và có thể trở nên phức tạp hơn khi giải quyết nó như một vấn đề laminar (dòng chảy tầng) đơn giản hoặc vấn đề rối (turbulent problem) phức tạp hơn,” Elghandour nói. “Mô hình chúng tôi đang sử dụng có một bộ lưới hexcore đa diện, đây là một trong những công nghệ mới nhất trong việc chia lưới.”

Chú thích: Ozen đã sử dụng mô hình rối (realizable K-Epsilon turbulence model) trong Ansys Fluent để cho thấy độ chính xác và tốc độ giải lưới Poly-Hexcore.

  1. Xây Dựng ROM

Các khả năng để thiết lập một ROM đã được tích hợp vào Fluent và được tạo ra trong Ansys DesignXplorer, một ứng dụng tích hợp của Ansys Workbench dùng để khám phá, tìm hiểu và tối ưu hóa thiết kế của bạn.

Ozen Engineering đã thiết lập khoản biến thiên tốc độ gió tối đa và nhiều thành phần của hướng gió, sau đó tạo ra một nghiên cứu từ đó để tăng số lượng và xây dựng ROM.

xay dung mo hinh giam bac

Một mockup (mô hình mô phỏng) chức năng (FMU–functional mockup) đã được tạo ra để dùng trong Twin Builder bằng cách sử dụng một nghiên cứu Thiết kế Thí nghiệm (DOE–Design of Experiments) dựa trên các vector gió.

“Chúng tôi đã nghiên cứu hướng gió cùng với phạm vi tối thiểu và tối đa của các điều kiện tốc độ điển hình,” Elghandour nói.

  1. Triển Khai ROM Và Kết Hợp Dữ Liệu Thời Gian Thực Để Tạo Bản Sao Kỹ Thuật Số Qua Twin Builder

Sau khi các mô phỏng hoàn tất, các kỹ sư của Ozen đã trích xuất tệp ROM để sử dụng trong Twin Builder nhằm dự đoán kết quả trong các điều kiện đầu vào khác nhau.

Ozen Engineering đã tạo ra một kết nối dữ liệu trong Twin Builder bằng một đoạn script Python để kết nối qua HTTP đến trang web của Cục Quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia (NOAA) nhằm cập nhập liên tục dữ liệu hiện thời của tốc độ và hướng gió. Dữ liệu này được gắn vào dự án trên Twin Builder để được đánh giá thông qua ROM.

“Bạn có thể chọn bất kỳ thời điểm nào trong quá trình mô phỏng và đánh giá các kết quả khác nhau,” Liu nói. “Đoạn script sẽ đọc dữ liệu của hai giờ trước từ một trang web và tiếp tục lấy dữ liệu trong hai giờ tiếp theo, hiển thị các kết quả.”

tao ban sao ky thuat so 6

Dữ liệu được trình bày dưới dạng biểu đồ; và trình xem ROM (ROM viewer) sẽ hiển thị trực quan dữ liệu kết quả tại các thời điểm khác nhau. Ví dụ, phân bố áp suất trên cầu và các tháp trụ có thể được hiển thị gần như theo thời gian thực. Dữ liệu hiện thời được gửi mỗi 15 giây, nhưng chỉ thay đổi mỗi năm phút vì các điểm dữ liệu trên trang web được cập nhật mỗi năm phút.

“Bản sao kỹ thuật số này mang tính thực tiễn, nhưng không quá chi tiết, nên dễ hiểu đối với hầu hết mọi người,” Elghandour nói. “Đồng thời, đây là một vấn đề CFD phức tạp.”

Lợi Ích Của Việc Tạo Bản Sao Kỹ Thuật Số

“Đội nhóm tại Ozen Engineering nhận ra sức mạnh mà mô phỏng thời gian thực mang lại trong bảo trì dự đoánthiết lập kế hoạch vận hành,” Cowan nói. “Chúng tôi tiếp tục phát triển các bản sao kỹ thuật số đa vật lý được kết hợp với phần cứng bản mẫu vật lý để biểu diễn khả năng thích ứng.”

Các dự án này được thiết kế để có thể di động, dễ hiểu và dễ dàng xác nhận bằng thiết bị cầm tay. Kho bản mẫu của họ bao gồm:

  • Ứng dụng động lực học chất lưu trong hầm gió dự đoán lực nâng trên một cánh máy bay (cánh gió nói chung).
  • Ứng dụng kết cấu-nhiệt-điện của dải kim loại kép dự đoán biến dạng, tiềm năng điện và nhiệt độ Joule như một công năng theo dòng điện.
  • Ứng dụng cuộn cảm điện từ tĩnh dự đoán phân bố trường từ.

Ozen Engineering cũng đang xây dựng các mô hình bản sao kỹ thuật số tiên tiến cho bảo trì dự đoán các thành phần của phương tiện bay không người lái (UAV) thông qua các khoản tài trợ nghiên cứu được tài trợ bởi chính phủ Hoa Kỳ.

Để biết thêm thông tin về việc tạo bản sao kỹ thuật số, hãy tải xuống sách trắng: Bản Sao Song Sinh Kỹ thuật số: Biến Tầm Nhìn Thành Hiện Thực.

Ansys Chung Nhan Doi Tac Vina Aspire

Đại Lý Ủy Quyền Tư Vấn Và Cung Cấp Giải Pháp Bản Sao Số Và Mô Phỏng Kỹ Thuật Ansys Tại Việt Nam

Vina Aspire là Công ty tư vấn, cung cấp các giải pháp, dịch vụ CNTT, An ninh mạng, bảo mật & an toàn thông tin tại Việt Nam. Đội ngũ của Vina Aspire gồm những chuyên gia, cộng tác viên giỏi, có trình độ, kinh nghiệm và uy tín cùng các nhà đầu tư, đối tác lớn trong và ngoài nước chung tay xây dựng.

Các Doanh nghiệp, tổ chức có nhu cầu liên hệ Công ty Vina Aspire theo thông tin sau:

Email: info@vina-aspire.com | Website: www.vina-aspire.com
Tel: +84 944 004 666 | Fax: +84 28 3535 0668


Vina Aspire – Vững bảo mật, trọn niềm tin


Bài viết liên quan

About Us

Learn More

Vina Aspire is a leading Cyber Security & IT solution and service provider in Vietnam. Vina Aspire is built up by our excellent experts, collaborators with high-qualification and experiences and our international investors and partners. We have intellectual, ambitious people who are putting great effort to provide high quality products and services as well as creating values for customers and society.

may ao thun Kem sữa chua May o thun May o thun đồng phục Định cư Canada Dịch vụ kế ton trọn gi sản xuất đồ bộ
Translate »