主题演讲视频:EPFL 通过仿真拿下超级高铁大赛冠军

2019年 1月 22日

EPFLoop 团队凭借其设计的超级高铁舱站上了 COMSOL 用户年会 2018 洛桑站的领奖台,他们展示的方案让观众们大饱眼福。下面让我们了解一下洛桑联邦理工学院的学生和教师团队(由 Mario Paolone 领导,包括 Nicòlo Riva、Zsófia Sajó 和 Lorenzo Benedetti 博士)使用多物理场仿真在 2018 年 SpaceX 竞赛中摘得超级高铁设计头把交椅的非凡之路。

EPFLoop 团队讨论仿真在超级高铁设计中的作用

超级高铁概念简介

超级高铁的基本理念是一种用于高速洲际运输的车舱,可以自行以极低的损耗实现长距离运输。这个想法听起来很前卫,但实际上自 19 世纪以来它已在某种程度上存在。

超级高铁的一些关键性能指标(KPI)包括:

  • 高速(高达 1200 公里/小时)
  • 安全
  • 全电动操作
  • 自主运作
  • 高效率(例如,与传统列车能耗相同)

最近,Elon Musk 在 SpaceX 竞赛中推广了超级高铁概念。SpaceX 在加利福尼亚州洛杉矶有一个测试管道,向来自世界各地的学生团队开放,这样他们就可以在真空条件下展开超级高铁舱设计的竞争。

EPFLoop 团队成员展示他们的超级高铁舱设计的照片。
EPFLoop 团队的成员在舞台上展示他们的车舱设计。

EPFLoop 是洛桑联邦理工学院(EPFL)的超级高铁设计团队,使用 COMSOL Multiphysics® 软件为 SpaceX 2018 设计了超级高铁,他们的设计名列第一,最终样品在瑞士赛区排名第一,在世界排名前三。

利用仿真优化超级高铁舱设计的组件

EPFLoop 团队的不同成员讨论了车舱设计的各个方面,以及多物理场仿真如何发挥作用。

气层设计

为了设计超级高铁舱的气层(外层),该团队执行了空气动力学,CFD 和结构分析。他们使用了 COMSOL Multiphysics® 中的高马赫数流动 接口,以及附加的“优化模块” 和 LiveLink™ for MATLAB® 接口产品 。通过执行仿真分析,团队成员确信他们的超级高铁设计已准备好进行测试、生产、验证;最后,运到加利福尼亚参加比赛。

“通过有限元仿真,您可以真正依赖您的系统,”Riva 说,“在这方面,COMSOL® 发挥了非常大的作用。”

压力容器

由于容器部件直接暴露在 SpaceX 试管的真空中可能会导致系统毁坏,因此压力容器部件对于超级高铁设计非常重要。EPFLoop 团队利用 COMSOL® 软件中的固体传热 壳传热 接口分析压力容器的结构和温度分布,以预测车舱的特性,并针对这些特殊条件优化其设计。

超级高铁舱设计的内部结构的照片。
超级高铁舱设计的内部结构。

制动系统

超级高铁的制动系统使其能够安全地加速和减速(您应该记得,安全是超级高铁概念的五个 KPI 之一)。EPFLoop 团队尝试使用 COMSOL Multiphysics 中的固体传热 平移运动 接口来分析制动系统的温度分布。

我和我的同事 Edmund 很幸运,在 EPFLoop 团队的主题演讲之后有机会与他们进行了详细的交流。仔细看看下面的超级高铁舱的内部运作情况:

Benedetti 说,设计超级高铁不仅为教育学生提供了有用的产品,也是“交通领域创新”的一种方式。该团队已经开始为SpaceX 2019 进行设计。请观看本篇博客文章顶部的完整主题演讲,获得更多有关 EPFLoop 项目的详细信息。

MATLAB 是 The MathWorks, Inc. 的注册商标。


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