PlySim 解决了复合材料结构工程难题，将建模生产力提高了 5 倍多，改进了叶片，公司业务也蒸蒸日上

　　分析是确保复合材料结构设计、制造和运行可行、高效和可靠必不可少的环节。

　　欧洲风能最丰富的国家

　　英国风能和海洋可再生能源行业专业机构“英国可再生能源协会”(RenewableUK)的资料显示，英国是欧洲风能最丰富的国家– 这一免费能源是英国电力需求的几倍! 据英国可再生能源协会称，英国目前有 4,000 多台风力涡轮机在运行，总容量达 7.391 千兆瓦，能够满足 700 多万个家庭的 用电需求。海上风力发电装机容量到 2016 年预计将达 8 千兆瓦，到 2020 年总装机容 量将达 18 千兆瓦。不过，这个行业在快速 增长的同时也面临着严峻的工程挑战，而像 PlySim 这样的公司已经找到了成功应对这 些挑战的方法。

　　复合材料结构工程专家

　　PlySim 有限公司(“PlySim”)位于英国爱丁 堡，是一家复合材料结构工程顾问公司，专 门提供有限元分析(FEA)服务，主要市场 在可再生能源行业(风能、波能和潮汐能) 以及海洋与民用工程行业。PlySim 公司董事Malcolm Wadia 表示：“我们与全球各地的客户一起分析采用复合材料的大型复杂结构， 在必要时测试材料，在分析前开发整个结构设 计，并且在要求时为每个设计提供认证报告和 全面的测试规格。最后，我们提供二维单层板 叠合与生产图纸。”

　　Femap 给人的印象特别深刻

　　成立 PlySim 公司的目的是满足刚刚进入市 场或者需要特定技能的装置开发商对复合材 料专业知识和 FEA 技能日益增加的需求。在 解释 Siemens PLM Software 公司 Femap™软件的优势时，Wadia 表示：“我们评估了可 以在 PlySim 使用的一些软件解决方案，而 Femap 给我们的印象特别深刻，它的三角形 和四边形网格划分功能特别强大，你可以规定 默认设置，在模型上划分网格，然后以交互方 式细化你认为需要细化的地方。”

　　Femap 拥有我们需要的所有复合材料分析 与后处理工具。单层板总体后处理功能对提 高生产力起到了至关重要的作用 – 用户可 以按单层板进行后处理，不用按层进行后处 理，因此能够更快、更容易知道问题在哪里。”

　　Femap 许可证附有内容广泛、容易理解的 文件以及很多学习指南和高级教学文件，能 够真正帮助 PlySim 的工程师充分利用这个软件。Femap 最初是为 Windows® 软件编写而成，为 PlySim 公司的分析工作提供了一个强大、可靠的平台。PlySim 选择 Siemens PLM Software 公司 的合作伙伴 TEAM Engineering 作为 Femap 提供商。PlySim公司的管理层表示：“TEAM 的声誉非常好， 响应速度很快，具备销售 Femap 所需要的技 术知识，并且回答了我们的所有问题。”

　　分析对性能、可靠性和长使用寿命极其重要，风力涡轮机叶片一般用玻璃纤维增强壳体制 造而成，用玻璃或碳纤维翼梁帽承载弯曲载 荷，用抗剪腹板承载剪切载荷。在一定程度上，叶片每次经过风塔中断风塔周围流线型气流 时，叶片在自身惯性作用下快速通过低风速区 和高风速区。叶片采用复合材料制作而成，因 为这些材料强度/重量比和抗疲劳性能都很 高。就像复合材料对叶片的结构完整性不可或 缺一样，全面分析对叶片的性能、可靠性和长 使用寿命极其重要。

　　PlySim 的工程师自己创建计算机辅助设计 (CAD)几何图形或者收到客户的 CAD 模型 之后，便应用复合材料的各种属性：模型的不 同元素将有不同的属性。向模型应用复杂的复 合材料叠合很耗时，需要较长时间才能完成。

　　有些叠合的纤维角可能为零度，有些约为 45度，并且厚度各不相同。然后，工程师施加载荷和边界条件，以最能代表实际运行情况的方法设置模型。尽管也可以进行非线性和动态分析，不过通常只进行线性、屈曲和自然频率分析。然后将分析文件导出到解算器中，用Femap 来读取和后处理结果文件。PlySim公司工程师 Roy Teng 表示：“在处理叶片时，我们最感兴趣的一般是纵向应变，将其与容许应变比较，然后决定在哪里应用额外叠合。由于不同叠合里面可能有不同的层数，因此评估结果是一项非常复杂的工作。要适当修改设计，我们就必须知道哪个纤维角断裂了，以及断裂方向。”

　　叶片有限元建模时间从一个星期缩短到一天实践证明，Femap 应用程序接口(API)对PlySim 特别重要。在一个客户项目中，PlySim需要在非常短的时间内制作叶片的结构模型。为此，工程师通过 API 自定义 Femap，以便自动创建叶片的有限元(FE)模型。工程师用 Femap 创建了模型，对结果进行了可视化处理和评估。Wadia 表示：“使用Femap 之后，叶片有限元建模时间从一个 星期缩短到不足一天，建模时间缩短了百分 之八十几。编写程序需要一个星期的时间， 程序写好后我们一天就能创建一个叶片。我 们一共需要创建四个叶片，如果采用其它方 法，需要 20 天才能完成，而采用这种方法 只需要 9 天。今后需要创建叶片时，我们就 可以使用这个非常有用的工具。”

　　改进了叶片

　　有一家风能材料供应商想要知道不同材料对 叶片静态和动态性能的影响，因此提出了几 个问题：建造一个 75 米长的叶片，如果采用 的材料是玻璃而不是碳，那么还需要增加多 少玻璃?材料成本差别有多大?是否会影响 叶片性能?与玻璃相比，碳有哪些优点?

　　Wadia 表示：“我们的经验表明玻璃和碳的 成本相差无几，但是碳的性能更好，碳叶片 要稍微薄一点，阻力要稍小一点，产生的电 力可能会多一点。由于自身惯性减小，因此 极限载荷减少了。经过我们的艰苦努力，客 户能够向他们的大客户展示使用碳制翼梁 帽的好处：尽管材料更贵，但是用量要少很 多，因此成本更低，而且叶片性能更好 – 你花的钱更少，得到的叶片却更好。”

　　新的商机 - FEMPLY

　　在撤回另一个类似产品后，PlySim 清楚地知 道需要为 Femap 开发一个基于单层板的建 模附加模块。通过基于单层板的建模，工程师 能够像在模型中叠合单层板一样，精确地将单 层板放入有限元模型中。

　　Wadia 解释道：“我们自己就是工程师，并且 在使用 Femap API 方面有着丰富的经验，因 此我们能够为 Femap 开发一个功能强大的、 基于单层板的建模器附加模块。在成功编写并 使用这个附加模块之后，我们知道可以将其商 业化。我们现在不仅自己直接销售 FEMPLY， 而且也通过经销商销售，并且已经成为

　　Siemens PLM Software 公司的合作伙伴。自 从 FEMPLY Express 在八月份上市以来，市场 反映一直很好。”接下来，PlySim 打算推出 FEMPLY Pro 工具。

　　FEMPLY Pro 提供了曲面单层板覆合与后处理 功能，以及 Puck、LaRC02 等先进断裂原理。 有了 FEMPLY Pro 之后，用户就可以全面考虑 在覆合曲面时改变纤维角的剪切力和拉伸力， 然后用二维将覆合导出，以便在切割和覆合材 料时，所有纤维的定位都正确，单层板每次都 完美拟合。

　　“一个允许你做你想做的任何事情并且要便宜很多的工具”Wadia 总结道：“最近几年情况发生了很大变化。我亲眼见证了有限元建模在设计过程中的应用快速增长的历史，以及为此开发的设计程序，而这一切都是因为像 Femap 这样的产品给 FEA 领域带来的巨大进步。这个工具允许你做你想做的任何事情，并且比在功能上最接近的竞争者便宜很多。如果我们使用的是其它软件，那么我们实现并保持能力、增加业务的成本就会高很多，进展也会慢很多，因此我们选择了 Femap – 并且会再次做出相同的决定。”