通過進階複合分析和成本驅動優化克服不可能

 

客戶故事

Marsden Cross 坐落在島嶼灣風景如畫的山脊上，俯瞰著海灘，是紐西蘭的文化遺產紀念碑。 1814 年聖誕節，Samuel Marsden 牧師與毛利人酋長 Ruatara 達成和平協議，向毛利人和歐洲人的教徒傳教。

解說中心沿山脊步道建造，直接面向十字架，以慶祝這一歷史性日子的 200 週年。 解說中心是自然元素和現代元素的結合，彎曲的夯土牆，以傳統的結構為基礎，與薄的三角形複合屋頂形成對比； 技術創新的代表。 這種引人注目的現代屋頂結構的完成需要廣泛的工程分析，權衡專案對質量、結構穩定性和成本的要求—— Gurit 的工程團隊使之成為可能。

固瑞特總部位於瑞士，是複合材料行業的開發商和創新者，也是複合材料、工程服務、工具設備以及精選零件和系統的全球領先供應商。 Gurit 在複合材料的各個市場領域和專案的實際應用方面擁有超過 30 年的經驗，從小型零件到大型結構，結合獨特的技術方法，使他們能夠提供一整套複合材料解決方案。

Gurit 遍及整個先進複合材料價值鏈，從上游結構工程到材料、工藝和測試，再到下游，提供原型和完整的製造零件。

 

 

解決強大專案約束的新方法

距離即將到來的二百週年紀念日只有幾個月了，加上嚴格的固定成本，Gurit 面臨著艱鉅的挑戰。 在專案的早期就很明顯，要成功建造解說中心屋頂，工程解決方案必須推動結構的最終形狀。 Gurit 工程師評估了無數設計選項，包括額外的結構、柱子和幾何修改，以在預算限制內找到最佳解決方案。 為了達到預期的效果，Gurit 將其在複合材料結構方面的獨特知識與能夠分析和優化設計性能和預算標準的軟體工具集相結合。

“另一家工程公司得出結論，不可能在預算範圍內建造屋頂，”Gurit 複合材料工程公司高級設計工程師 Thomas Basset 說。 “因此，我們使用先進的分析技術來產生成本驅動的簡單設計，而不是更輕、更精緻、因此更複雜的設計，這些設計是高性能複合材料結構的典型特徵。”

事實證明，Altair HyperWorks™ 是一種非常寶貴的工具，可用於執行實現該專案所需的分析和設計權衡。

大多數結構優化研究中的關鍵變量是重量的最小化，但在這種情況下，成本考慮是最重要的。 開發了自定義優化工作流程，其中材料成本直接在軟體中被視為變量。 這使 Gurit 能夠找到滿足專案預算、結構完整性要求和藝術目標的解決方案。

事實證明，Gurit 複合材料專業知識、Altair 技術以及設計和成本優化流程的合作開發是實現專案目標的關鍵。

 

成本驅動的優化被證明是不同的

“建築師 Pip Cheshire 允許我們將屋頂的形狀作為一個參數來使用，使我們能夠使用 Altair HyperMesh™ 和 Altair OptiStruct™ 運行合併形狀和層壓參數優化研究，這最終導致了專案的成功，”Thomas 說。

首先，進行形狀優化以減少變形，從而產生高度拱形的初始設計。 在引入成本變量後，改善後的設計被證明更加扁平，以減少整體表面積，從而減少所需的複合材料數量。

 

先進的工程技術可以在預算範圍內準時安裝

由於複合材料使用中的模擬驅動設計，製造和安裝過程也得到了支援。 施工和安裝的複雜性，加上執行這些任務所需的工時，對整個專案成本有重大影響。 在設計和分析階段考慮到這些因素後，Gurit 交付的屋頂可最大限度地縮短複合材料的製造時間、降低運輸和物流複雜性，並減少組裝所需的勞動力。 Thomas 表示：“該設計不僅減少了材料，還降低了建造和安裝成本，而複合材料的使用可以輕鬆達到重量和強度標準，通常在所有領域都優於更傳統的建築技術。”

建造商 Core Builders Composites 在他們的工廠製造並預組裝了屋頂，用卡車將屋頂僅分成兩部分運送到現場，然後使用一台起重機將其整體提升到支撐柱上。

從 Gurit 最初的參與到安裝，僅用了五個月的時間。 優化的屋頂結構本身不僅在預算範圍內按準時完成，而且還減少了原始設計的質量。 事實證明，模擬驅動的創新是這一里程碑成就的關鍵。

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行業

建築、工程和建造

挑戰

設計一個從初始設計階段就嵌入成本優化的解決方案，以提供滿足結構完整性要求、美觀和預算的輕量屋頂。

解決方案

Gurit 在 Altair HyperMesh™ 中對屋頂及其輕量級複合材料、載荷和應力進行建模，並使用 Altair OptiStruct™ 優化層壓結構。

結果

一個完美優化的屋頂，表現了建築師的洞察力，由於其輕巧的設計和在規定的預算範圍內，快速建造和安裝。