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在航空航天工业中实施实时压力和寿命分析：Peregrine Consulting, Inc. 案例研究
Peregrine Consulting, Inc. 受美国空军委托，研究根据飞行条件对喷气式飞机发动机涡轮部件进行实时应力和寿命分析的可行性。这种方法被称为基于状态的维护（CBM），旨在通过分析制造信息和每次飞行的可测量数据，为单个飞机发动机的剩余部件寿命提供可靠的预测。面临的挑战是管理大量信息，包括发动机部件的持续状况、飞机性能的关键数据、每次飞行的发动机参数以及分析结果。分析模型非常大，具有数百万个自由度，需要很长的求解时间。此外，模拟还涉及许多复杂的多属性效应，例如摩擦接触、应力硬化和零件的大变形。
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利用物联网优化水电站选址：Kawa Engineering Ltd 案例研究
Kawa Engineering Ltd. 面临着为客户在洪水风险最小的地区靠近瀑布寻找发电站的挑战。风险很高，因为发电厂发生任何洪水都会导致巨大的损失。理想的位置不仅可以减轻洪水风险，还可以减少对保护发电机、涡轮机和开关箱等电气设备的额外组件的需求。此外，正确的位置将决定施工所需的挖方和填方，从而节省施工资源。
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领先的赛车团队利用物联网进行高效的赛车设计
Team Penske 是美国赛车运动的领头羊，当他们决定全职加入印地赛车联盟 (IRL) 时，他们面临着重大挑战。 IRL 对参加联赛的赛车的制造制定了严格的规则。由技术总监 Nigel Beresford 领导的设计团队必须在非常严格的车身设计标准下工作，并且可以改变的内容受到限制。重大改动是不可能的，因为竞争汽车必须使用三个制造商之一的底盘和相同的变速箱。时间因素增加了复杂性。赛季之间只有五个月的时间间隔，赛车必须到达第一场比赛并进行测试并准备获胜。淡季期间的设计变更也非常有限，汽车必须在一月份之前准备好进行测试。该团队没有时间进行备份计划或犯错误，必须一次就把设计做好，才能为团队提供最佳性能。
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增强木材热处理工艺：美国农业部林产品实验室案例研究
美国农业部林产品实验室是一家领先的木材研究机构，它在准确确定木材热导率方面面临着挑战，而热导率是木材干燥过程中的一个关键因素。用于此目的的传统方程式是 50 多年前开发的，仅为某些类型的木材提供粗略指导。这导致木材厂和木材加工公司不得不进行昂贵且耗时的反复试验来确定适当的温度和干燥时间，这通常会导致高废品率。木材的传热系数取决于许多变量，包括年轮密度、树龄、初始含水量和细胞方向。这些特性通常在同一棵树的所有部分并不均匀，木材结构会受季节性天气差异的影响。此外，小直径树木和大直径树木的年轮密度因不同条件下（例如周围植被和气候）的生长率而有很大差异。
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AcoustiFLO：通过物联网提高效率并降低成本
商用风扇市场已经从大型定制设计风扇系统转向更加标准化的工厂制造装置。为了应对这一趋势，AcoustiFLO 旨在开发一种高效的小型离心风机，该风机可以作为适用于包装空气处理器的标准化、模块化组件进行销售。这种小型风扇的概念包括安装在无叶扩散器中的离心叶轮。然而，由于叶轮和扩压器之间的相互作用，优化机组的静压效率需要同时优化它们。 AcoustiFLO 的工程师发现，物理测试不仅成本高昂，而且无法提供对气流的必要了解以改进设计。他们一直使用功能较弱的 CFD 软件来完成更简单的设计任务，无法分析叶轮中的湍流和旋转动力学。
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ANSYS DesignSpace 协助 Champion Elevators 实现新标准
Champion Elevators Inc. 是一家总部位于德克萨斯州的齿轮齿条驱动电梯设计和安装领域的领导者，该公司面临着重新设计符合严格的高层建筑和电气规范的经济高效且安全的电梯的挑战建造业。该公司必须确保他们的电梯符合两套不同的标准：建筑和电气法规，以及本质上是物理特性的安全标准。经过近三十年的行业经营，冠军电梯知道必须遵守建筑规范。考虑到明显的风险，Champion 的工程师通过分析来执行每项工作。确保安全性和遵守规范和法规属于两种截然不同类型的工程分析。电梯的安全保证——主要是测量最大应力并确保足够的安全裕度——由 ANSYS Inc. 的 ANSYS DesignSpace® 软件进行有限元建模和有限元分析 (FEM/FEA) 处理。
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赋予行人力量：Segway 和 ANSYS Multiphysics 案例
Segway LLC 是创新型 Segway 人类运输车 (HT) 背后的公司，在产品开发过程中面临着重大的工程挑战。 Segway HT 是一款两轮自行式踏板车，旨在彻底改变个人交通。然而，该设备的紧凑设计需要将大量硬件和软件组件集成到狭小的空间中。这种复杂性给 Segway 机械完整性小组带来了重大挑战，他们的任务是确保设备的特性和功能符合指定的性能标准。该团队在 Segway HT 的底盘方面面临着特殊的困难，该底盘必须能够承受操作员重达 250 磅的重量，容纳设备的电机、电池和电子元件，并且重量轻。设计的复杂几何配置使得标准机械分析技术无效或极难进行。
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Plantool Oy：利用 ANSYS DesignSpace 仿真软件增强生产自动化
Plantool Oy 是北欧国家领先的生产自动化公司，其运营面临着重大挑战。该公司专注于为金属行业量身定制特种机器、标准圆锯、系统解决方案和生产线。然而，他们的机器的定制性质不允许原型。每个新订单都会带来重大风险，因为最初的创作必须是最终产品，因此需要从一开始就进行完美的设计。此外，这些特殊机器通常必须从头开始设计，需要灵活的设计和模拟过程。使用现有 3D 模型进行模拟至关重要，但该公司缺乏有效的系统来实现这一点。
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Emhart Glass 利用 ANSYS SpaceClaim 增强瓶子制造过程
艾姆哈特玻璃研究中心是玻璃容器行业设备、控制装置和零件的国际领先供应商，在瓶子制造过程中面临着挑战。该中心专注于开发增强的玻璃成型方法、提高自动化程度和提高产量，但在建模过程中一直在努力解决热、流体和空气问题的复杂性。高级机械工程师 Pierre Ngankeu 的任务是对设计概念进行多物理分析，重点关注成型过程中的流体动力学和传热。然而，建模和预处理非常耗时，每次模拟通常需要数天的时间。 Pierre 必须使用外国 CAD 数据，处理网格划分和密度问题，并在分析之前创建流域。此外，许多过程通常没有大量可用数据，这增加了准备模拟模型的复杂性。
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Culligan 的创新水软化器：水动力性能和结构完整性的平衡
Culligan Matrix Solutions 是水处理领域的领导者，在开发新型软水器时面临着重大挑战。该公司的目标是创造一种比市场上任何其他产品使用更少的盐、最大限度地减少水压损失并使用尽可能少的材料的设备。这个雄心勃勃的项目需要流体动力学性能和结构完整性之间的微妙平衡。研发团队需要采用流体动力学和结构力学模拟来实现这些目标。挑战不仅在于满足这些严格的要求，而且还在于以具有成本效益和时间效率的方式做到这一点。
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Mirage Machines 利用 ANSYS 增强仿真能力
Mirage Machines 是一家为各行业生产便携式机器的制造商，在设计过程中面临着挑战。他们在设计过程的前端使用详细的结构模拟，以确保其解决方案的稳健性和无风险性质。然而，他们使用的有限元分析 (FEA) 模拟、SolidWorks® Professional 和 Premium 软件包存在局限性。这些软件包仅允许 Mirage 对单个零件和小型装配模型进行 FEA。最近的一个项目需要开发一个龙门架，该龙门架使用一系列磁铁来连接钢轨。最初的设计是采用贱金属，但要求发生了变化，包括一层油漆。这一变化引入了气隙，使磁铁的拉力减少了 40%。 Mirage 需要了解当手臂沿着基础导轨移动时，油漆厚度对磁铁拉力以及结构完整性的影响。
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仿真推动金属建筑隔热系统的热性能标准
金属建筑隔热 (MBI) 行业面临着修订隔热性能标准的挑战。 Owens Corning 是 MBI 行业的领先成员，认识到需要开发 MBI 组件的热性能因素。该任务涉及金属建筑行业中使用的绝缘组件中的三维流动和传热问题的数值模拟。这些组件的几何形状很复杂，包括几种具有不同导热率的材料和可能形成自然对流的狭窄空气囊。从长远来看，即使总传热率发生微小变化也可能产生重大影响。因此，必须仔细设计屋顶隔热紧固机构，以获得最佳性能。
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结构分析预测泵送平台的振动：Mechanical Solutions, Inc. 的案例研究
美国最致命的飓风之一卡特里娜飓风过后，Mechanical Solutions, Inc. (MSI) 获得分包合同，以增加洪水多发的新奥尔良泵站的容量。面临的挑战是评估高功率机械设备运行期间平台的振动响应。在重大天气事件期间，这些大功率抽水机必须满负荷工作，以将多余的水排出海平面以下区域。重型设备产生振动和其他应力，可能导致支撑设备的大型平台发生故障。 MSI 工程师在评估和解决部分浸没泵站平台的设计问题时面临着众多挑战。在任何施工开始之前，必须确定并解决所有设计问题，并且该项目需要在下一个飓风季节开始之前完成。
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国防研究中的物联网实施：TNO Prins Maurits 实验室案例研究
TNO Prins Maurits 实验室（TNO-PML）是国防研究领域的著名机构，在爆炸安全、弹药效应、弹道防护和武器平台生存能力等领域提供科学和技术建议。该实验室将实验设施与数值分析能力相结合，以提供高质量的研究。然而，挑战在于将这些研究成果应用到现实场景中。他们的研究工具 AUTODYN 的主要应用包括终端弹道学、损伤生物力学、弹药和爆炸物的安全现场储存、炸弹攻击和爆炸对结构的影响、爆炸材料处理和地雷爆炸建模。面临的挑战是如何有效地利用这些应用程序，以提高防御行动的安全性和效率。
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风力涡轮机站点模拟可提高发电量并降低风险
陆上风电场的开发需要详细了解盛行风况如何与当地地形和潜在的风力涡轮机安装相互作用。目前使用的许多软件程序不太适合复杂的陆上地形，其中大气稳定性、林业和涡轮机相互作用等因素起着重要作用。准确预测环境条件和唤醒条件下的风速、风切变、风转向和湍流强度等风况对于智能项目设计至关重要。挑战在于找到一种解决方案，能够准确地模拟这些复杂的风气候并优化涡轮机的放置，以最大限度地提高能源产量并最大限度地降低风险。
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Holcim（巴西）SA - Fabrica Barroso：模拟将动态分离器的操作测试成本降低约 30%
Holcim (Brazil) SA 是巴西一家全球领先的水泥、骨料和混凝土产品供应商，在生产水泥时所用颗粒尺寸的监管方面面临着挑战。这些颗粒的尺寸会显着影响水泥生产线的效率。该公司正在寻求能够降低运营成本并提高生产效率的技术收益。面临的挑战是用计算机建模取代昂贵且耗时的分离器性能试错测试。他们还需要根据颗粒直径对颗粒路径进行模拟和分类，以考虑提高分离效率的可能改进。
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Elecon Engineering 可靠齿轮箱开发的工程仿真
Elecon Engineering 面临着开发满足市场需求的可靠变速箱的挑战。齿轮机构在机器的轴之间传递旋转和扭矩，其复杂性带来了许多技术问题。为了实现高承载能力、减轻齿轮传动的重量并增加齿轮箱的强度，工程师必须进行轮齿应力分析并进行齿形修整以优化齿轮传动设计。齿弯曲、表面损伤和齿偏转等性能参数会导致齿轮失效。面临的挑战是快速评估轮齿性能，无论建筑材料和制造工艺如何。
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利用物联网优化汽车发动机控制模块：德尔福案例研究
德尔福是移动电子和交通部件领域的全球领导者，在其汽车发动机控制模块 (ECM) 的设计中面临着重大挑战。 ECM 使用截锥体形状的硅橡胶垫片，以确保不同组件之间的热接触或电接触。这些垫片将集成电路 (IC) 压在金属散热器上，以提供传导热传递路径来冷却电路。确定垫片施加的力对于模块的设计至关重要。力度不足将无法充分冷却 IC 或正确固定它，从而导致因过热或过度冲击和振动而过早失效。相反，由于 ECM 外壳和印刷电路板的限制，力不能设置得太高。挑战在于准确地表示弹性体材料，以便设计垫片以提供对电路板的最佳作用力。
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韦恩州立大学利用 ANSYS 网格划分解决方案优化生物力学研究
韦恩州立大学生物医学工程中心六十多年来一直致力于冲击生物力学和汽车安全方面的研究。他们是人体有限元模型开发的领先机构。这些模型用于了解汽车碰撞过程中的伤害机制并帮助设计对策。它们在骨科生物力学中也可用于了解体内负载。然而，由于使用显式有限元代码，典型的网格划分目标是遵循最小单元尺寸标准的高质量全六面体网格。解剖结构的复杂性和形状的不规则性使得网格划分成为这些模型开发中的关键任务。该团队通常使用基于医学成像（MRI 或 CT 扫描）重建的几何数据对骨骼和器官进行网格划分。
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AMOG Consulting：利用物联网简化工程流程
AMOG Consulting 是一家为海洋建筑、政府组织以及海上石油和天然气等多个领域提供专业服务的供应商，面临着多项挑战。该公司需要在高科技多学科工程环境中加速从仿真到设计的过程。他们的目标是通过对所有工程学科使用一种 3-D CAD 模型来提高质量。该公司还希望在客户的预算范围内为客户提供更强大、更先进的设计。另一个挑战是在 CAD 流体动力学、流体动力学和结构模拟之间建立一座桥梁。为了满足行业对更强大和优化产品的需求，显然需要简化流程。
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利用物联网增强地下基础设施的安全性：Hatch Mott MacDonald 案例研究
Hatch Mott MacDonald (HMM) 是北美领先的咨询工程公司，专门从事地下通风系统的设计。他们的关键专业领域之一是预测这些系统中的火灾和烟雾运动。他们面临的挑战是从消防/生命安全和通风的角度对现有隧道和交通设施进行全面的建模和设计分析。目标是在正常操作期间为用户提供良好的环境条件，并在紧急模式下为疏散提供安全条件。火灾和烟雾建模需要考虑湍流、浮力、化学反应流，并且需要根据能见度、温度和毒性评估耐久性条件。然而，在如此大的结构中进行物理测量很少能够理解控制环境的微妙热机制。
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CFX 模拟增强中央车站的通风系统
大中央车站 (GCT) 是 MTA 北方铁路的主要枢纽，其列车棚是曼哈顿最大的地下建筑之一，在通风方面面临着重大挑战。占地 250 万平方英尺的火车棚早在空调出现之前就已设计，空调设备的广泛使用为设施增加了废热。现有的通风由人行道格栅和一些小通风井提供，对于大面积的车棚来说是不够的。在夏季，地面温度通常比环境温度高 15 华氏度。之前改善通风的尝试成本高昂且效果不佳。 Hatch Mott McDonald (HMM) 是一家提供全方位服务的工程公司，受聘使用计算流体动力学 (CFD) 进行初步研究，以了解当前的通风条件以及近年来发生的变化的影响。
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巨型游艇建造商利用仿真软件增强设计灵活性
Delta Marine Industries Inc. 是一家领先的巨型游艇制造商，在满足客户的高定制需求方面面临着重大挑战。该公司的客户（100 英尺以上巨型游艇的购买者）期望能够高度定制其游艇的室内设计。这种对定制的需求，特别是在任何需要的地方自由放置墙壁或隔断的需求，通过增加负载路径的复杂性而带来了结构设计挑战。支柱不对齐使得很难确定荷载如何分布在各种结构元件上。由于高度非线性且难以离散化载荷路径，传统的设计方法是不够的。此外，Delta Marine 还负责建造一艘巨型游艇，不仅具有豪华的内饰和高巡航速度，而且还优化了重量和结构元件，以提高强度和抗振性。
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EADS Innovation Works：利用物联网促进航空航天和国防
欧洲宇航防务集团创新工厂 (EADS Innovation Works) 是一家全球领先的航空航天和国防公司，面临着减轻飞机零部件重量以实现成本节约和实现绿色运输目标的挑战。载荷引入肋 (LIR) 是飞机襟翼的关键部分，是特别关注的焦点。空气动力载荷通过 LIR 传递到机翼上，工程师需要在襟翼机构卡住的情况下分析机翼襟翼。这种负载场景传统上需要襟翼机构的详细模型。为了评估复合 LIR 的失效标准，EADS Innovation Works 的工程师使用了 ANSYS Composite PrepPost 模型和壳模型，并将准确性和工作流程效率与传统实体模型进行了比较。
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透博梅卡利用 SCADE Suite 简化直升机发动机控制软件开发
透博梅卡是一家领先的直升机发动机生产商，在开发运行每个发动机系列控制系统的嵌入式软件方面面临着挑战。他们采用的基于模型的设计方法使用仿真工具进行快速原型设计、软件测试和验证。然而，这种方法需要耗时的手动编码，这可能会导致编码错误以及代码和模型之间的不一致。为了跟上直升机技术的新创新步伐并保持符合 DO-178B/C 标准，透博梅卡需要能够帮助他们更有效地编码、减少错误并改进代码管理的工具。
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利用物联网优化骨科植入物：DePuy Spine, Inc. 的案例研究
DePuy Spine Inc. 是骨科脊柱植入物的领先供应商，一直致力于改善全椎间盘置换植入物的性能，特别是 CHARITÉ 人工椎间盘。这种三件式关节装置旨在消除疼痛并保持手术节段的运动，提供脊柱融合手术的替代方案。然而，了解植入物放置在椎间盘间隙内对小面负载的影响提出了重大挑战，已知超生理负载时会产生疼痛。涉及使用应变计和压力传感器进行尸体测试的传统研究既耗时又昂贵，而且往往没有结论。该公司需要一种更高效、更准确的方法来了解和优化 CHARITÉ 人造椎间盘的性能。
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快速开发具有严格效率要求的新型水泵水轮机能量回收装置
FEDCO 是用于反渗透海水淡化服务的先进高速液体驱动涡轮增压器和离心泵的领先设计者和制造商，面临着重大挑战。公司的主要市场是海水淡化用高压泵和能量回收设备的供应。由于水资源短缺和能源成本不断上涨，该市场迅速增长，吸引了主要的国际竞争对手。为了维持不断增长的市场份额，FEDCO 需要为其现有的液压能量回收装置开发更大、更高效的型号。然而，构建和测试大型原型所需的费用和时间是不可接受的。在致力于最终模型和铸造设计之前，该公司有不到四个星期的时间来开发高度优化的流体设计。主要挑战是 FEDCO 只有一次机会获得正确的液压和铸造设计，因此所有资源都致力于实现这一目标。
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通过仿真提高磁盘驱动器性能：以 Hutchinson Technology Inc. 为例
Hutchinson Technology Inc. 是一家全球磁盘驱动器悬架组件制造商，该公司在硬盘驱动器磁头悬架组件的运动精度方面面临着重大挑战。气流引起的振动增加了滑块位置的不确定性，这对于磁盘的数据传输至关重要。这个问题在高速驱动器中尤为严重，因为气流振动强烈，降低了磁头组件的精度。此外，在高面数据密度驱动器中，数据磁道间距非常细，小的悬架振动可能会显着降低驱动器性能。该公司的目标是满足客户对速度、容量和可靠性日益增长的要求，并保持其在生产复杂悬架总成方面的市场地位。
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Liebherr-Werk Ehingen GmbH：利用物联网提高起重机性能
Liebherr-Werk Ehingen GmbH 是一家领先的移动式起重机制造商，在保持市场和技术领先地位的过程中面临着重大挑战。该公司需要开发和营销新的创新产品和组件，并通过利用所有可用的技术可能性来增加起重机的工作负载。这对于在竞争激烈的市场中保持领先地位并满足客户不断变化的需求至关重要。此外，他们还负责优化方法和流程，以减少设计和分析时间。这对于提高效率、降低成本和加快产品上市时间是必要的。
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Audemars Piguet：利用 ANSYS 仿真缩短开发时间
豪华手表制造商爱彼 (Audemars Piguet & Cie) 在设计和制造高精度手表组件（特别是日期显示机构）时面临着重大挑战。这种每 24 小时更改一次日期的机制需要以人眼看来瞬时的方式提前（通常在 0.015 秒内），并且必须显示正确的下一个日期。这是通过跳线、弹簧和触发凸轮的复杂组装来实现的，使显示盘精确旋转一个日期步。传统上，这些精美的手表机制是使用原型设计来设计的，这是一个成本高昂的迭代过程。虽然仿真可以减少对原型的需求，但手表机构动态系统中的精确且灵活的组件需要极其精确的非线性动力学功能才能正确表征。
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