模拟显示仪

剪切应力模拟器polyshear----模拟液体涂料和油漆的剪切效应在涂装车间或喷涂线上，涂料需从不同口径、不同排布的管道、减压器和泵中输送。此过程中会产生剪切力，这些剪切力可能会导致涂料的降解，变质，粘度和色彩的改变。通过使用德国orontec公司生产的polyshear剪切应力模拟器，可以判断某种涂料原料是否会在输送管道和搅拌中产生问题，降低风险。德国orontec公司制造的polyshear剪切应力模拟器可模拟合理测试时间中的剪切应力。包括与工业环境相关联的涂料管道。剪切应力模拟器polyshear仅使用确定的剪切力元件，装置体积小巧且有优秀的重复性。剪切应力模拟器polyshear客户剪切应力模拟器polyshear广泛运用在涂料，汽车油漆，以及工业喷涂线等领域，发挥出重要的作用。部分客户如下：polyshear剪切应力模拟器工作原理---泵跟剪切应力元件是剪切应力两个重要影响因素油漆在喷漆车间的管道中循环时，会在管道内的各种元件流动，在剪切力的作用下发生粘度和颜色改变，从而造成喷涂时的质量问题。使用剪切应力模拟器，可以重现这过程，为进料检验，产品优化提供快速有效的方法。☞ 泵以活塞泵为例，如下图所示，剪切应力总是发生在重要部位上（直径最小的位置），剪切率可以达到15000 1/s。以齿轮泵为例，如下图所示，剪切应力总是发生在重要部分上（齿轮口边缘），剪切率可以达到10000 1/s。☞ 剪切应力元件德国orontec的剪切应力模拟器中有个重要的剪切应力元件，可以模拟涂料在管道中受到的压力情况，如下图左所示，关闭剪切应力元件上的膜时引起的压力变化。压力的变化会改变流速，如下图右所示，剪切应力元件上膜关闭后，流速为0.12kg/s。剪切应力元件也可以很好的模拟涂料在管道中受到的剪切率，如下图所示，剪切应力元件可以达到大于10000 1/s的剪切率。涂料的颜色受到剪切应力的影响，如下图所示，在泵的作用下，涂料颗粒大小的分布发生了变化，因此模拟涂料在管道中受到的剪切应力，可以帮助客户对进料进行检验。剪切应力模拟器polyshear的基础模块由一个小机动柜组成，只需一个6条的压力线即可运行。喷涂材料充满小罐（1l）后，在泵的作用下通过剪切应力元件流动。其循环流动次数与涂装输送管道有良好的相关性，且相关性已被研究证明。在测试过程中或在测试后，都可以检测样品的粘性和颜色(使用液体涂料色浆测色系统lcm)，由此可得出剪切应力与材料降解的相关性。与此同时，在基础模块上可额外添加额外的配件，例如有自动停功能的循环次数计数器、温度传感器。此外，还有另一型号可测试5升样品，此型号可装在手推车上并可以移到如喷涂机器人等装置上。剪切应力模拟器polyshear特点✔专为实验室研制，机动性强且占用空间小。✔涂料测试量仅为1l✔高重复性与与重现性✔与工业喷涂线有优秀的关联性(例如automotive oem paint shops)✔较短的循环周期✔模块化安装，基础模块可以通过更高级的在线测量传感器扩展✔可实现与模拟软件相结合✔可与lcm液体测色系统实现无缝联接✔德国fraunhofer ifam, bremen开发并获得专利剪切应力模拟器polyshear基础型号内部结构说明剪切应力模拟器polyshear基础型号技术参数材质不锈钢外壳和连接器用于测试观察和控制的玻璃窗尺寸长: 400 mm,宽: 660 mm,高: 640 mm重量约56kg压力锅体积约1 l最大压力输入6 bar最大材料压力21 bar泵比约3.5:1翁开尔是德国ORONTEC中国总代理，欢迎咨询剪切应力模拟器更多产品信息和技术应用

多年来，蜘蛛丝一直是仿生研究的主题。众所周知，它具有令人难以置信的拉伸强度和生物相容性。因此，基于各种材料的人工模拟例子数不胜数。研究较少但却同样有趣的是丝纤维的形成机制。蛛丝是在蛛丝导管对储存在蜘蛛体内的液体蛛丝的剪切力作用下形成的固体纤维。这些剪切力促使晶核的形成，材料在晶核上进一步结晶。有趣的是，相应的合成过程需要的活化能要比蛛丝形成的活化能高得多。谢菲尔德大学的G.J. Dunderdale等人现在已经成功地开发了一种节能程序，通过诱发剪切应力来诱导聚环氧乙烷水溶液（PEO）的结晶。 结晶的形成是通过加热溶液来获得均匀样品，然后通过冷却和剪切溶液来进行关键的具体工作。在小角和广角X射线散射（SAXS和WAXS）原位模式下收集到的图谱，以及当溶液被Linkam CSS 450剪切池剪切时，清楚地显示了结晶的开始。这不仅体现在散射强度的稳步增加，而且Herman定向函数P2（见上图2D SAXS图谱和演变的图像）的上升也表明了样品的方向。同时采集的2D WAXS图谱也清楚地显示了peo72螺旋结构形成的反射特性。 这些结果与剪切诱导偏振光成像（SIPLI）非常吻合，在SIPLI中Maltese Cross图谱的形成表明了结晶的开始。通过这种技术的结合，研究人员已经清楚地证明了在剪切过程中模拟聚合物水溶液到固体材料相变的能力。

在科技飞速发展的时代，仪器研发正经历深刻变革。传统研发过程耗费大量时间、人力和资源，而生成式AI和模拟工具的引入，正在改变这一局面。生成式AI通过学习大量设计数据，迅速生成多种创新设计选项，不仅节省设计时间，还能在早期发现潜在问题，减少后期修改。无论是外观设计、功能布局还是材料选择，生成式AI都以超高速度和精度完成任务。确定设计方案后，模拟工具可以快速将其转化为可行产品。研发人员在虚拟环境中测试设计的可行性，从物理特性到操作性能，再到耐用性和安全性，模拟工具可以在制造前完成所有验证，降低研发成本，加快产品上市速度。当生成式AI与模拟工具结合，研发效率大幅提升。生成式AI提供多样设计选择，模拟工具帮助筛选最优方案。两者协同工作，使从创意到产品的全过程更加流畅，缩短研发周期，提升创新频率。生成式AI和模拟工具的结合，正改变仪器研发的规则，为企业带来前所未有的竞争优势。未来，随着技术进步，仪器研发将更加智能化和自动化，推动行业迈向新高峰。　　在创新型仪器的研发过程中，涉及多个关键阶段，如设计与优化、原型制造以及设计验证测试（DVT）。每个阶段都至关重要，帮助研发团队从概念到产品的完整开发流程得以实现。分析维度内容 设计思路 以用户需求和市场需求为导向，结合前沿技术，提出创新型设计理念。 概念设计 通过头脑风暴、市场调研和用户反馈，确定仪器的功能、外观、材料等初步设计方案。 详细设计 使用CAD软件（如SolidWorks、AutoCAD）进行详细的结构设计、组件选型和系统布局。 性能优化 通过仿真与模拟（如热力学、流体力学、结构力学分析）优化设计，提高仪器性能和可靠性。 可制造性优化 考虑生产过程中的制造成本、装配便捷性、可维护性，优化设计以提高生产效率并降低成本。　　在设计与优化阶段，研发人员基于用户需求和市场需求，结合前沿技术，提出了创新型设计理念。首先，研发团队通过头脑风暴、市场调研和用户反馈，确定仪器的功能、外观和材料的初步设计方案。接着，他们使用CAD软件（如SolidWorks和AutoCAD）进行详细的结构设计，定义零部件的精确尺寸和位置，确保所有组件的装配和互操作性。通过有限元分析（FEA）进行结构强度与应力分析，确保设计的安全性与可靠性。此外，团队还使用仿真工具进行热管理与散热设计，模拟设备内部的热流和温度分布，优化散热结构，以确保设备在安全的温度范围内运行。分析维度内容 原型开发 基于详细设计图纸，制造功能样机，通常使用3D打印、CNC加工或快速原型制造技术。 材料选择 选择适合的材料（如塑料、金属、复合材料）以平衡成本、重量、耐用性和功能需求。 部件制造与装配 制造和装配各个部件，构建完整的原型仪器，测试各个组件的互操作性。 功能测试 对原型进行初步的功能测试，确保仪器的基本功能符合设计预期，如电气测试、机械测试等。　　原型制造阶段开始时，研发团队基于详细的设计图纸制造功能样机，这通常采用3D打印、CNC加工或其他快速原型制造技术。在这一过程中，他们仔细选择适合的材料，以平衡成本、重量、耐用性和功能需求。随后，团队制造和装配各个部件，构建完整的原型仪器，并对其进行初步的功能测试，以确保仪器的基本功能符合设计预期，包括电气和机械测试。分析维度内容 测试规划 制定详细的测试计划，包括测试目的、测试标准、测试方法和测试工具的选择。 环境测试 在极端环境条件下（如温度、湿度、震动）测试仪器的稳定性和耐用性，验证其是否能在实际工作环境中可靠运行。 性能测试测试仪器的关键性能指标（如精度、速度、灵敏度），确保其达到或超出设计要求。 安全测试 进行电气安全、机械安全、软件安全等方面的测试，确保仪器在操作中不会对用户和环境造成危害。 合规测试 确保仪器符合相关行业标准和法规（如ISO、CE、FDA等），获取必要的认证和许可。 测试结果分析 收集和分析测试数据，评估仪器的性能和质量，识别并解决设计中的潜在问题。 设计迭代与优化 根据DVT测试结果进行设计优化，修正问题，进行设计迭代，并在必要时制造新的原型进行重新测试。　　设计验证测试（DVT）阶段是确保产品质量的关键。首先，团队制定详细的测试计划，明确测试目的、标准、方法和工具选择。在极端环境条件下（如温度、湿度、震动），对仪器进行环境测试，以验证其稳定性和耐用性。此外，团队还会进行性能测试，确保仪器的关键性能指标（如精度、速度、灵敏度）达到或超出设计要求。为了保证安全，团队还进行电气、机械和软件安全测试，确保仪器在操作中不会对用户和环境造成危害。最后，合规测试确保仪器符合相关行业标准和法规，获取必要的认证和许可。测试结果分析后，团队会根据DVT测试结果进行设计优化，修正问题，并在必要时制造新的原型进行重新测试。分析维度内容 定型设计 经过多次迭代和优化，最终确定设计方案，为批量生产做准备。 生产工艺确定 确定量产过程中使用的生产工艺、设备和流程，确保产品的一致性和质量稳定性。 生产验证 通过试生产验证生产线的可靠性，确保产品质量满足量产要求。 市场反馈收集 初期产品投放市场后，收集用户反馈，进行必要的产品改进和升级。　　在最终定型与量产准备阶段，经过多次迭代和优化后，研发团队最终确定设计方案，为批量生产做准备。这包括确定量产过程中使用的生产工艺、设备和流程，确保产品的一致性和质量稳定性。在试生产阶段，团队验证生产线的可靠性，以确保产品质量满足量产要求。最后，在产品投放市场后，团队还会收集用户反馈，进行必要的产品改进和升级。设计步骤关键任务详细内容1. 结构设计 概念建模 创建初步的3D模型 根据设计需求，建立设备的初步3D模型，定义整体外观和结构。 详细结构设计 完成详细的几何建模 设计内部结构，包含零部件的精确尺寸和位置，确保所有组件的装配和互操作性。 强度分析 结构强度与应力分析 通过有限元分析（FEA）评估结构的应力分布，确保结构的安全性与可靠性。 热管理设计 热管理与散热设计 模拟设备内部的热流和散热情况，优化散热孔布局和冷却系统。2. 组件选型 电子元件选型 电子元器件选择 选择符合设计需求的电源模块、处理器、传感器、连接器等电子元件，并在设计中标注其位置。 机械部件选型 标准机械件选型 选择标准机械部件，如螺钉、螺母、轴承、齿轮等，并集成到设计中。 材料选型 材料选择与应用 根据力学、热学及其他性能要求，选择合适的材料（如铝合金、塑料、复合材料等）。 采购件选型 外购件选型 选择市场上可采购的标准件或外购件（如显示屏、接口模块等），并与制造商对接，确保供应链的可行性。3. 系统布局设计 内部布局设计 内部元件布局优化 根据功能需求和物理空间，优化内部元件的排列，确保结构紧凑、操作便捷及热管理合理。 电气系统布局 电路和布线设计 设计内部电路布局，包括信号线、供电线和地线的位置，确保电气系统的安全和高效运行。 接口与连接设计 接口模块与外部连接设计 设计设备的输入输出接口布局，包括电源接口、数据接口、冷却系统接口等，并确保连接方便、牢固。 人机交互布局 控制面板与用户界面设计 设计用户界面布局，如控制按钮、显示屏的位置，确保用户操作的便捷性和界面的直观性。4. 装配与制造准备 装配设计 装配顺序与工艺流程设计 确定各组件的装配顺序，优化装配流程，减少制造时间和成本，确保装配的可靠性。 制造工艺设计 制造工艺与加工方案 制定加工方案，选择合适的制造工艺（如CNC加工、3D打印），并在设计中考虑制造公差和装配间隙。 设计验证 仿真验证与优化 通过仿真工具验证整个系统的设计，包括结构强度、热管理、振动和冲击测试等，确保设计满足所有技术要求。5. 技术文档与图纸输出 工程图纸生成 工程图纸与BOM表输出 输出详细的2D工程图纸，包括各零部件的尺寸标注、装配关系图、材料清单（BOM）等，供生产和采购使用。 技术文档编制 制造与装配说明文档 编制详细的制造与装配说明文档，包括每个工艺步骤的描述、注意事项、质量控制要求等。 版本管理与修订 设计版本管理与修订 通过PDM系统管理设计文件的版本，跟踪设计变更，确保所有团队成员使用最新的设计文件。　　为了实现这些步骤，研发团队使用多种软件工具支持设计过程。首先，在结构设计中，SolidWorks和AutoCAD被用于初步的3D建模和详细的几何建模，确保设备的整体外观和内部结构合理。随后，通过SolidWorks Simulation进行结构强度与应力分析，确保设计的安全性。此外，团队使用SolidWorks Flow Simulation进行热管理设计，模拟热流和散热情况，以优化散热系统。接下来，组件选型阶段涉及选择电子元件、机械部件和材料，这些选择影响到最终产品的性能和制造成本。团队还会利用AutoCAD Electrical进行电气系统布局设计，确保信号线、供电线和地线的布线合理且高效。在系统布局设计阶段，研发人员优化内部元件的排列，设计设备的接口模块与外部连接，并确保人机交互界面的设计便捷直观。最后，装配与制造准备阶段中，团队通过SolidWorks进行装配设计，确定组件的装配顺序和工艺流程，并通过仿真工具验证整个系统的设计，确保结构强度、热管理、振动和冲击测试结果达到所有技术要求。在工程图纸生成和技术文档编制方面，研发团队使用SolidWorks和AutoCAD输出详细的工程图纸和材料清单（BOM），并编制制造与装配说明文档，确保生产过程的顺利进行。　　整个设计与研发过程不仅依赖于软件工具的支持，还通过多学科优化工具（如ModeFrontier）进行综合性能优化，结合热力学、流体力学和结构力学的仿真结果，确保每次设计迭代都能提升设备的整体性能和可靠性。通过这些详细的步骤和方法，创新型仪器的研发得以高效进行，并最终实现从概念到产品的完整转化。在这一复杂的研发过程中，每个阶段都扮演着至关重要的角色，从设计概念的初步构思到最终的产品定型和量产准备。每一个环节都要求精细的操作和严密的协同，以确保研发过程的顺利推进。在设计与优化阶段，概念建模是研发工作的开端。使用SolidWorks等CAD软件，团队根据设计需求建立初步的3D模型。这一步骤的目标是定义设备的整体外观和结构，以便在后续阶段进行更详细的设计工作。接着，详细结构设计进一步精细化设备内部结构，确保所有零部件的尺寸和位置精确无误，并且组件之间能够顺利装配和互操作。这些工作需要SolidWorks和AutoCAD等软件的支持，以保证设计的准确性和可行性。　　在这个阶段，强度分析也是不可或缺的一部分。通过有限元分析（FEA），研发团队能够评估设计中可能存在的应力分布问题，确保设备的结构在各种工作条件下都能保持安全和稳定。与此同时，热管理设计通过SolidWorks Flow Simulation进行，研发人员模拟设备内部的热流和温度分布，优化散热系统，确保设备在运行过程中能够有效地控制温度。组件选型是研发中的另一关键步骤。团队需要根据设计需求选择适当的电子元件和机械部件，如电源模块、传感器、螺钉、轴承等。这些部件不仅影响到设备的性能，还对生产成本和制造难度产生重要影响。在材料选型过程中，团队必须权衡力学、热学等多方面性能要求，选择最适合的材料，如铝合金、塑料或复合材料。这一过程还涉及外购件的选择，团队需要确保这些外购件与整体设计的兼容性，并与供应商对接，确保供应链的顺畅运作。系统布局设计阶段，研发团队进一步优化设备内部的元件布局，确保结构紧凑、操作便捷，尤其是在涉及热管理的情况下，布局优化显得尤为重要。电气系统布局设计需要特别考虑信号线、供电线和地线的布线位置，以保证电气系统的安全和高效运行。接口与连接设计则专注于设备的输入输出接口布局，确保连接方便、牢固，并满足使用环境的需求。人机交互布局设计通过控制面板和用户界面的合理安排，提升设备的操作便捷性和用户体验。在装配与制造准备阶段，研发团队必须制定装配顺序和工艺流程，确保每个组件能够顺利装配，减少制造时间和成本。通过仿真工具验证整个系统的设计，确保设计满足所有技术要求，如结构强度、热管理、振动和冲击测试等。工程图纸生成是这一阶段的重要任务，团队需要输出详细的2D工程图纸，包括零部件的尺寸标注和装配关系图，这些图纸是生产和采购的基础。技术文档编制也是装配与制造准备阶段的核心工作之一。团队需要编制详细的制造与装配说明文档，描述每个工艺步骤的具体操作、注意事项和质量控制要求。通过版本管理与修订工具，如PDM系统(如SolidWorks PDM)，团队可以管理设计文件的版本，跟踪设计变更，确保所有团队成员使用最新的设计文件。仿真与模拟类型关键任务详细内容热力学分析（SolidWorks Flow Simulation, ANSYS） 热源识别与建模 识别并建模关键热源 确定设备内部发热元件（如处理器、激光器）的热源位置，建立热源模型，分析热量产生与传递路径。 散热设计与优化 散热系统设计与仿真 设计散热方案，如散热片、风扇、液冷系统，模拟热流和温度分布，优化散热结构，确保设备运行温度在安全范围内。 热管理策略优化 热管理系统优化 通过仿真分析设备在不同工作条件下的温度变化，优化热管理策略，如主动冷却、被动散热等，提升设备的可靠性。流体力学分析（ANSYS Fluent, SolidWorks Flow Simulation） 空气流动分析 内部空气流动模拟与优化 模拟设备内部空气流动情况，评估空气流动对散热效果的影响，优化风道设计，确保空气流动的均匀性和效率。 冷却液流动分析 液冷系统流动分析 模拟液冷系统中冷却液的流动情况，分析冷却液在热源处的流动速度和散热效率，优化管路布局和泵的选择。 密封与防护设计 防水防尘设计与验证 模拟设备在湿度、粉尘等恶劣环境下的密封性能，确保设备能够防水防尘，避免外界环境对内部元件的损害。结构力学分析（ANSYS Mechanical, SolidWorks Simulation） 应力应变分析 结构强度与应力分布分析 通过有限元分析（FEA），模拟设备在外力作用下的应力和应变分布，优化结构设计，避免应力集中和结构失效。 振动与冲击分析 振动与冲击响应分析 模拟设备在运输和操作过程中的振动和冲击，优化支撑结构和缓冲材料，确保设备的抗振性和抗冲击性。 疲劳分析与寿命预测 结构疲劳寿命预测 通过疲劳分析，预测设备在长期使用中的疲劳寿命，优化关键部件的设计，延长设备使用寿命，减少故障率。综合优化与迭代（Multidisciplinary Optimization Tools (MDO)） 多学科优化 综合性能优化 结合热力学、流体力学和结构力学分析结果，通过多学科优化工具（MDO）进行综合性能优化，提升设备整体性能。 设计迭代与验证 基于仿真结果的设计迭代 根据仿真结果进行设计修改和迭代，重新验证修改后的设计性能，确保每次迭代都能够提升设备的可靠性和性能。　　在整个研发过程中，仿真与模拟技术为设计优化提供了重要支持。例如，热力学分析通过识别和建模设备内部的关键热源，帮助团队优化散热设计。流体力学分析则用于模拟设备内部空气和冷却液的流动情况，确保散热系统的高效性和设备的密封性能。结构力学分析通过应力应变分析、振动与冲击分析、疲劳分析等手段，评估设备在不同条件下的结构强度和使用寿命，帮助研发团队在设计过程中避免潜在的结构失效。通过多学科优化工具（如ModeFrontier），团队能够将热力学、流体力学和结构力学的仿真结果综合起来，进行全方位的性能优化。这样的多学科优化不仅提高了设备的整体性能，还减少了设计迭代的次数，加快了研发进程。设计迭代是研发过程中的常规步骤。基于仿真和测试结果，团队不断调整设计，修正问题，并通过制造新的原型进行重新测试。这一过程确保了最终产品在各个方面都达到了设计要求和质量标准。最终，在经过多轮设计迭代和验证后，团队最终确定产品设计，进入量产准备阶段。这包括确定生产工艺、设备和流程，以保证产品在批量生产中的一致性和质量稳定性。在试生产阶段，团队会验证生产线的可靠性，确保产品质量符合量产标准。产品投入市场后，团队还会持续收集用户反馈，并根据需要进行产品改进和升级。　　通过这些系统的步骤，创新型仪器的研发得以高效、精准地进行，从而实现从概念到产品的顺利转化。这一过程不仅推动了技术的进步，还为企业带来了显著的竞争优势，帮助其在快速变化的市场中保持领先地位。未来，随着技术的进一步发展，仪器研发将朝着更加智能化和自动化的方向发展，继续推动整个行业迈向新的高峰。　　拓展阅读：　　三代测序技术相关仪器工艺创新概述　　2024站在巨人肩上的仪器研发(附资料)　　2024年基于人工智能的仪器研发思路　　2024年科学仪器供应链及核心零部件分析