Thiết kế một hệ thống để nghiên cứu nguồn gốc của các yếu tố với SolidWorks Simulation

Thiết kế một hệ thống để nghiên cứu nguồn gốc của các yếu tố với SolidWorks Simulation

Khi Văn phòng Khoa học thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (Office of Science in the US Department of Energy)- (DOE) tìm kiếm các đề xuất để phát triển máy gia tốc đồng vị hiếm mạnh nhất thế giới, Michigan State University (MSU) đã giành chiến thắng trong dự án. MSU là một ứng cử viên rõ ràng, đã vận hành một máy gia tốc đồng vị hiếm đẳng cấp thế giới, National Superconducting Cyclotron Laboratory, trong hai thập kỷ, nhưng không có gì chắc chắn đảm bảo lựa chọn DOE tiến đến giải thưởng. Cơ sở cho các chùm đồng vị hiếm (FRIB) đại diện cho một cách tiếp cận mới đối với đồng vị hiếm nghiên cứu vật lý. FRIB sẽ tăng tốc các nguyên tố từ hydro thành urani lên 40% tốc độ ánh sáng và chuẩn bị các chùm đồng vị hiếm có trong các hạt nhân tồn tại ngắn không thường thấy trên Trái đất cho các nhà khoa học. Các chùm đồng vị hiếm có nhanh, dừng lại hoặc được phản ứng lại để tiến lên nghiên cứu về nguồn gốc của các yếu tố, sự ra đời của các ngôi sao và sự phát triển của vũ trụ.

Phần mềm FRIB đẩy phần của những gì mà người biết và chưa biết, phân tích cơ khí và trưởng nhóm mô phỏng dự án. Cho đến bây giờ, các cơ sở có thể chỉ tăng tốc các hạt lên đến một kích thước nhất định vì những hạn chế về năng lượng. FRIB sẽ lan man tăng sức mạnh và cho phép gia tốc của tất cả các đồng vị lên các năng lượng trung gian. Về về nghiên cứu vật lý hạt nhân và vật lý thiên văn, những đồng vị hiếm này đại diện cho một phần lớn của hiểu biết. FRIB sẽ giúp các nhà nghiên cứu tìm kiếm câu trả lời cho nhiều bí ẩn còn lại về nguồn gốc của vũ trụ. Để giành giải thưởng DOE để thiết kế và thành lập FRIB, một cơ sở trị giá 550 triệu đô la sẽ mất khoảng một thập kỷ để xây dựng MSU đã phải đề xuất một thiết kế theo định kiến ​​cho Máy gia tốc FRIB và chứng minh hệ thống sẽ hoạt động như thế nào. Cạnh tranh chống lại tổ chức nghiên cứu trên toàn quốc, MSU cần chứng minh rằng thiết kế đề xuất của ý tưởng sẽ làm việc. MSU đã chọn phần mềm SolidWorks 3D CAD và SolidWorks Simulation Premium để phát triển đề xuất FRIB, vì phần mềm dễ sử dụng, tích hợp và phân tích khả năng cho phép nhóm phát triển thiết kế càng xa càng tốt. Sử dụng phần mềm  SolidWorks giúp chuẩn bị một đề xuất mạnh mẽ. Khả năng hầu như kiểm tra các cryomodules tăng tốc là một yếu tố quan trọng trong thực chất nâng cao uy tín của công ty.

Những thứ của các ngôi sao

Sau khi đảm bảo dự án trị giá 550 triệu đô la, nhóm FRIB đã sử dụng phần mềm SolidWorks để chuyển đổi ý tưởng của nó cho một trong các hệ thống cơ sở thành một nguyên mẫu đầu tiên. Cơ sở giáo dục dự kiến ​​hoàn thành vào năm 2020, sẽ giúp các nhà nghiên cứu trả lời một trong những câu hỏi hấp dẫn nhất về vũ trụ. Các nhà khoa học biết rằng Vụ nổ lớn tạo ra hydro, heli và các nguyên tử ánh sáng khác. Tuy nhiên, tất cả các yếu tố khác, bao gồm carbon và oxy là nền tảng cho thực vật và động vật, được tạo ra bởi các ngôi sao. FRIB sẽ giúp các nhà nghiên cứu điều tra làm thế nào chúng ta trở thành công cụ của các ngôi sao. Bây giờ đã chuyển từ ý tưởng thiết kế ban đầu sang tạo mẫu và gần đây đã hoàn thành nguyên mẫu nhỏ đầu tiên. Có các khả năng thiết kế và phân tích tích hợp như phần mềm SolidWorks đã giúp cắt giảm thời gian và chi phí trong việc tạo các nguyên mẫu. Bằng cách chạy hàng trăm mô phỏng ảo, đã tránh việc tạo mẫu lặp đi lặp lại, điều dự đoán sẽ giúp tiết kiệm chi phí rất lớn.

Quay qua vùng nóng

Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng các khả năng phân tích nhiệt của phần mềm để phân tích hiệu suất của hai thành phần chính. Các mô phỏng nhiệt của bánh xe mục tiêu than chì, hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ 1600 ° đến 1630 ° K, và hệ thống đổ chùm nhôm, đòi hỏi một hệ thống làm mát, đã giúp FRIB chứng minh tính hợp lệ của ý tưởng này. Trên bánh xe mục tiêu than chì, có thể điều tra các đường kính và độ dày mục tiêu khác nhau, và thử nghiệm với tốc độ quay. Với hệ thống đổ chùm, xem xét các đường kính trống khác nhau, tốc độ quay, biên dạng chùm và yêu cầu làm mát bằng nhôm. Những nghiên cứu này giúp tối ưu hóa thiết kế của mình trước khi xây dựng một nguyên mẫu duy nhất.

Cho thấy FRIB sẽ hoạt động như thế nào

Trong một dự án phức tạp như FRIB, khả năng không chỉ mô phỏng hiệu suất của các thành phần chính mà còn cho thấy kết quả của những nghiên cứu đó thông qua trực quan hóa thiết kế 3D, đã giúp nhóm nghiên cứu chứng minh ý tưởng của mình. Ngoài các mô hình 3D, nhóm đã sử dụng hoạt hình SolidWorks Simulation cho kết quả phân tích để mô phỏng hiệu suất hệ thống. Có thể làm động khu vực nóng trên bánh xe mục tiêu để cho thấy cách nó nguội đi khi nó quay. Chức năng hoạt hình trong SolidWorks Simulation cực kỳ hữu ích so với các hình ảnh màu tĩnh để thể hiện những gì mà xảy ra ở nhiệt độ khôn ngoan với thiết kế.

Share: