汽车开发中的空气动力学及流体力学仿真
栏目:企业动态 发布时间:2020-06-30 17:57
跟着预备机本能的不时抬高,CFD 软件慢慢成为工程师的常用用具,正在产物开荒的初期就确立打算计划。这日所面对的寻事是怎么更好地操纵这些软件,以及由谁操纵。 跟着预备机本...

  跟着预备机本能的不时抬高,CFD 软件慢慢成为工程师的常用用具,正在产物开荒的初期就确立打算计划。这日所面对的寻事是怎么更好地操纵这些软件,以及由谁操纵。

  跟着预备机本能的不时抬高,CFD 软件慢慢成为工程师的常用用具,正在产物开荒的初期就确立打算计划。这日所面对的寻事是怎么更好地操纵这些软件,以及由谁操纵。

  “大约十年前,咱们要说服人们信赖CFD 及仿真能够带来价格。这日,CFD 曾经成为汽车行业中一般操纵的用具,运用于扫数汽车开荒流程的各个阶段,”福特公司热体例及气氛动力体例工程以及预备机辅助工程主管Burkhard Hupertz 博士说道。他所引导的团队紧要有劲新车气氛动力学及动力总成冷却打算的虚拟优化及验证任务。

  一项成熟的技能一朝能够带来牢靠的结果就能够获得广大的运用。“正在车辆根本气氛动力学打算及车辆外形及底部打算优化方面所采用的手腕曾经分外成熟了,”他说道。所以,人们对CAE技能正在开荒流程中所阐发的效用的盼望也产生了强壮的改革。以前,CAE 紧要用来评估打算提案的可行性。“这日,因为打算参数数目的巨额填充,人们盼望CAE 能够助助推动扫数车辆的开荒流程。”Hupertz 说道。

  为了抵达这个方针,福特公司正正在拟订新的开荒流程怎么更好地通过CFD 软件来确定车辆打算中最紧要和最有依赖性的参数。Hupertz 以为基于CAE 的测验打算(DOE)是最佳的办理计划。DOE 能够让工程师对巨额的相合车辆制型和体例本能的打算参数的成就举行深刻搜求。对怎么操纵几百次的测试运转有注意谋划的优化软件包是症结。另外,再有一个症结身分是繁杂的变形用具,能够助助打算职员明晰怎么对车辆制型做出订正。终末, “咱们正在用户友爱界面方面进入了巨额精神,如许打算职员和作图职员就能够相识并直观地舆会气氛动力学工程师念外达的有趣,”Hupertz 示意。

  CFD/CAE 软件开荒和办理计划供应商CD-adapco 公司道道交通总监Frederick Ross 指出,跟着CFD 软件仿真技能的生长,其所供职的商场也正在不时生长和蜕化中。他以为电动汽车和电动汽车联系技能都是目前分外紧要的打算对象。能源操纵和管束对电动汽车和种种搀杂动力车来说都口角常紧要的一项任务。有用的气氛动力学打算对这些车辆来说就意味着冷却体例阻力、滚动阻力、风阻(Cd)以及传动吃亏的淘汰。“人们为抬高车辆燃油经济性绞尽脑汁,究竟上是蕴涵了全面这些范畴的一个完全任务。”他说道。

  正在这些阐明中,体例仿真和互相的交互与独立的气氛动力学阐明比拟较来说特别紧要。他举例来说,2007 年,公司从新打算了STAR-CCM+ 代码, 其方针是为了更容易地完成对体例仿真的阐明。“这才是完成最佳打算的促进身分,而不只仅是流体力学,”Ross 证明道。STAR-CCM+ 涵盖呆滞张力、热转达以及气氛声学,另外再有其他少少物理范畴。STAR-CCM+ 再有一个耦合求解器,能够办理众个物理范畴的题目。

  开荒流程自身是一个耦合体例,蕴涵风洞测试和CFD 仿真。“这日全面大型汽车成立商每天都针对气氛动力学举行仿真和风洞测验,”他说道。风洞测验采用近似模子,与仿真差不众,只不外模子差别罢了。一朝原型和联系部件修制好,风洞测验爆发的结果更速。比拟较来说,仿真能够举行少少通过物理式样悠久无法完成的打算测试。另外,仿真还能够对结果完成可视化, 而这些大概通过物理数据根底无法完成。“这两种式样变成了完满的互补。”Ross 示意。

  他还指出他的客户提出必要更众的优化办理计划, 能够最大化地操纵他们所做的仿真。该公司不久前收购了Red Cedar 公司,后者具有一套产物,能够通过其专有的SHERPA 算法对打算举行优化。

  正在产物许可方面,酌量到少少用户并不是不绝有仿真的需求,CD-adapco 推出了Power-On-Demand 许可式样,每个案例并不限定软件内核的操纵次数。而对优化探讨来说,客户通俗同时运转众个仿真职责。针对这种需求,CD-adapco 公司的Power Tokens 产物能够让用户运转一个大型仿真职责,也能够运转众个小的职责。

  ESI 北美公司工程总监Mark Doroudian 以为预备才力的提拔使高保真CFD 的运用成为大概。“对车辆边缘噪音仿真来说,咱们正在兴会区左近采用1-2mm 的网格单位尺寸,为了缩短周期时刻,能够通过Linux 集群体例举行预备,”他示意。而对车辆边缘的流体组织仿真来说,网格划分能够精准到5-10mm,最终模子能够蕴涵8000 万个单位,以至更众,而这对这日的预备机来说也十拿九稳。

  针对大大都车辆尺寸题目,囊括制型及引擎盖内流体力学仿真,ESI 通过OpenFOAM 软件来完成。这是一款开源CFD 求解器,由OpenCFD 公司创修,由OpenFOAM 基金会揭橥。OpenFOAM 采用有限体积法, 紧要用于求解职掌自然滚动的偏微分方程,如纳维- 斯托克斯方程(Navier-Stokes equation)。Doroudian 指出汽车工程师采用OpenFOAM软件用于众个别例的开荒, 囊括温度职掌、制型气氛动力学、航行激发战栗声学, 以及动员机联系体例开荒,好比进气和排气歧管打算及燃烧仿真。

  高保真CFD 仿真之于是获得广大运用,紧要得益于预备机范畴众核处罚器预备才力的抬高。用户以至动手运转那些涉及巨额运算、不服静且随时刻蜕化的流体力学打算计划。据Doroudian 示意,由于大大都许可模子涉及的用度与处罚器的数目是成正比的,少少较大的题目必要几百个同步运转的处罚器,用度往往分外高贵。“这即是绽放源OpenFOAM 的好位置正在,由于是免费的,于是不管题目有众大,你都能够自正在地运算。你还能够运转几千个处罚器,也不会爆发特地的许可用度,”他证明道。OpenFOAM 是ESI 集团旗下全资子公司。

  Doroudian 还指出其汽车客户更必要正在任务流程方面的助助,而不是特别前辈的物理特征。“他们必要抬高任务效用的手腕,”他证明道。这蕴涵一系列的方法,最初是发出相合CAD 模子的新闻,为CAE 做好计划。然后,用户必要创修网格并正在运转之前对模子举行预处罚。终末一步是对结果举行可视化。他示意其客户对绽放源办理计划更加偏好, 所以他们还供应了DAKOTA 优化用具箱。这也是一种绽放源代码,由桑迪亚邦度测验室开荒,供应很众相合打算优化、参数计算及敏锐性阐明等方面的阐明手腕。

  Altair 公司正在抬高汽车气氛动力学开荒任务流程和周期时刻方面采用了特别直接的式样,推出了HyperWorks 虚拟风洞(VWT)办理计划。该软件对任务流程举行了简化,用于风洞仿线 月揭橥,基于Altair 公司的CFD 求解器AcuSolve,能够完成自愿网格划分,还能够自愿天生定制的结果申报。“该产物蕴涵少少高级物理特征,好比盘旋轮胎、散热器模仿和流体组织交互等,” 该公司CFD 办理计划总监Marc Ratzel 指出。用户通过单纯的GUI 界面计划好模子和畛域条目,正在经由预备之后,VWT 天生PDF 申报。车轮、扰流板和散热器必要举行特定的仿真,还带有鼠标和虚拟模子浏览器。模子输入为预备外面网格,以Nastran 花样界说。

  VWT 的中枢是Altair 公司的AcuSolve CFD 求解器。与很众其他CFD 代码差别的是,该求解器采用有限元式样,而不是其他常睹的有限体积技能。“有两个症结身分确保了它的牢靠性:Galerkin/Least- Squares(GLS)有限元手腕,和特殊的、专利的线性方程迭代求解器,”Ratzel 证明道。他以为这两个身分使AcuSolve 求解器特别精准和牢靠,况且相对扭曲的单位能够抵达齐全收敛的成就,而这助助缩短了网格创修的时刻。“另外,它从预备方面来说还特别平静,操纵起来分外容易,周期时刻也更短,”Ratzel 说道。VWT 还能够与公司的HyperStudy 软件维系操纵。HyperStudy 应许用户通过DOE 及优化等手腕对其体例打算举行搜求、相识及优化订正。

  据Ratzel 示意,Altair 将来还筹划进一步订正的范畴囊括特别集成的众物理场仿真、车厢内声学、两相滚动以及更高的可扩展性,使正在上千个处罚器内核进取行并行预备成为大概。

  HyperWorks 采用按需许可的收费式样。据该公司先容,HyperWorks 的许可单元都是平行的,所以一个构制内的用户能够同时操纵软件而不必特地置备席位也许可。

  维持体例特殊的视角也分外紧要。“当咱们看少少 特地的属性好比燃油经济性或排放时,律例就显得分外 紧要,你必要均衡全面与打算联系的属性,好比驾驶性 以及旅客座舱舒服性,”Siemens PLM Software 仿真产物商场总监Ravi Shankar 示意。“倘若将这些属性分隔看的话,不会有任何好处。”基于这个念法,Siemens PLM Software 全力于打制一个集成的用具箱,将CAE 仿真用具与其NX CAD 软件及Teamcenter PDM 平台整合正在沿途。用户能够操纵少少专属的用具,好比NX Flow 及NX Nastran,同时还能够操纵少少常睹的第三方软件好比LS-Dyna 或Abaqus。他们这么做的中心是任务流程开荒,尽大概高效地从CAD 过渡到任务阐明模子。

  “NX Thermal/Flow 蕴涵域领悟技能,能够用于大型模子的求解,同时采用了具有经济性的许可计划,可用 于并行预备,”Shankar 证明道。

  Shankar 还指出,西门子软件支撑的大个人CFD 运用都是动力总成范畴的榜样题目,好比引擎盖下冷却优 化及进排气歧管流场均衡等,这些题目都央浼软件有先 进的三维外面绘测性能,来确定产物最适当的几何外形。

  此中一个客户即是通用汽车旗下的前辈动员机打算 部分(Advanced Engine Design)。该部分打算技能总监Rod Baker 称,CAD 和CAE 的集成能够让他们将阐明用具直接交到产物打算师的手中。“这对咱们来说是一种 新的试验,咱们展现流体仿真是举行偏向比力的有力用具,”他证明道。这些产物工程师通过如许的用具来确 定某个整体的打算是否合理,之后的迭代是否能够抬高 产物的本能,又或者某个更改是否会影响产物的本能而 必要被舍弃。“针对少少打算,咱们有时刻大概要对某个零部件的形势举行30 到40 次的迭代,”他证明道。采用这种式样的任务效用以至要高于特意的CAE 阐明师。

  通用公司正在一个零丁的CAE 部分已经有少少如许的阐明师,不过少少特定的模板能够助助打算师来兴办并实行流体仿真。这种式样大大抬高了CAE 针对流体仿真(用于指挥早期打算计划)的易用性。“咱们照样会征 求这些阐明师的定睹,来做少少验证试验,”Baker 说道。他还指出模板对产物打算师来说起到了一个初学用具的 效用,给他们研习怎么操纵NX流体仿真软件的时机。“一朝他们明晰了若何用,咱们展现他们会融会贯通,很速 就能够本人举行模子的兴办。”这些模板能够让他们自 主地研习软件的操纵手腕,而不必通过特意的培训式样来研习。

  Baker 还指出了症结的一点:几何形势的优化是齐全手动的。打算师正在流场阐明结果的根底上,依照本人 的本领和阅历对打算举行调剂,逐渐完成对几何形势的 优化。