1 車(chē)燈行業(yè)CAE技術(shù)需求
汽車(chē)車(chē)燈作為汽車(chē)必不可少的一個(gè)組件,在夜間照明,行車(chē)信號(hào),大霧天氣防撞,轉(zhuǎn)向標(biāo)志等方面發(fā)揮著重要作用,是汽車(chē)安全行駛的重要保障。長(zhǎng)期以來(lái),人們?cè)谧鲕?chē)燈設(shè)計(jì)時(shí)更多的關(guān)注于光學(xué)設(shè)計(jì),但是隨著市場(chǎng)對(duì)質(zhì)量、精度、亮度及可操作性等要求越來(lái)越嚴(yán)格,對(duì)車(chē)燈總體的設(shè)計(jì)和分析逐漸被人們關(guān)注。
車(chē)燈的氣密性問(wèn)題一直困擾著車(chē)燈的開(kāi)發(fā)人員,良好的氣密性是提高車(chē)燈照明效果,延長(zhǎng)車(chē)燈使用壽命的重要保證,如果車(chē)燈的氣密性不好,將造成車(chē)燈內(nèi)引起結(jié)霧、積水、凝霜、破壞透光效果等一系列的問(wèn)題,直接危及行車(chē)安全。車(chē)燈的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師在車(chē)燈設(shè)計(jì)過(guò)程中,可以考慮對(duì)車(chē)燈的密封墊圈進(jìn)行分析,提高墊圈的密封質(zhì)量,從而提高車(chē)燈的氣密性。
車(chē)燈作為汽車(chē)的一個(gè)重要組件,模態(tài)及振動(dòng)分析很有必要,目前主機(jī)廠已經(jīng)對(duì)車(chē)燈供應(yīng)上提出相應(yīng)的振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)要求,要求車(chē)燈在振動(dòng)過(guò)程中,車(chē)燈及部件的固有頻率,要避免與激振頻率發(fā)生共振,同時(shí)要求在振動(dòng)的情況下,車(chē)燈內(nèi)部部件,特別是車(chē)燈支架,要求滿足動(dòng)強(qiáng)度要求。
車(chē)燈的總體設(shè)計(jì)時(shí),往往更多的是考慮外觀造型的流線美,而忽略了車(chē)燈的選材、溫度場(chǎng)和流場(chǎng)等一系列問(wèn)題,而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中,局部過(guò)熱,造成零件受熱變形、甚至燒熔,冷熱不均勻,造成局部結(jié)霧,車(chē)燈內(nèi)部溫度場(chǎng)和流場(chǎng)問(wèn)題嚴(yán)重影響到車(chē)燈的品質(zhì)和質(zhì)量,逐步被客戶和設(shè)計(jì)人員所關(guān)注,如何更好的解決好車(chē)燈的散熱問(wèn)題,讓車(chē)燈在滿足外形要求的情況下,通過(guò)對(duì)車(chē)燈部件和材料進(jìn)行選型,局部進(jìn)行強(qiáng)化處理,提高車(chē)燈的散熱性能,對(duì)車(chē)燈設(shè)計(jì)提出了更好的挑戰(zhàn)。
2 Simcenter 3D在車(chē)燈行業(yè)的應(yīng)用
SIMCENTER
3D在工業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛,模擬的方式也更貼近真實(shí)世界的模型,充分發(fā)揮SIMCENTER3D在多物理場(chǎng)分析的卓越能力。SIMCENTER
3D提供了多種類型的求解器,應(yīng)用范圍包括結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、優(yōu)化、疲勞、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、熱力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域,讓使用者可以更方便針對(duì)不同的問(wèn)題選用不同的求解器進(jìn)行求解,并可在同一界面中切換不同的求解器,仿真加工流程與不同的環(huán)境歷程,透過(guò)穩(wěn)定的并行運(yùn)算效能加速運(yùn)算,直接提供工程師最方便的研發(fā)仿真平臺(tái)。
Simcenter 3D車(chē)燈分析的流程圖:
2 車(chē)燈結(jié)構(gòu)強(qiáng)度(隨機(jī)振動(dòng))分析
車(chē)燈內(nèi)部部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度非常重要,汽車(chē)的振動(dòng)對(duì)車(chē)燈內(nèi)部部件產(chǎn)生影響,要求我們做車(chē)燈設(shè)計(jì)時(shí),要保證車(chē)燈內(nèi)部部件,特別是車(chē)燈內(nèi)部支架等部件,在汽車(chē)在極端車(chē)況下,不能夠損壞,能夠保證車(chē)燈的正常工作運(yùn)行。使用NX Nastran的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析模塊,對(duì)燈體進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析,模擬車(chē)燈在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上,承受隨機(jī)激勵(lì)的情況下,分析車(chē)燈各部件的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。
2.2車(chē)燈模態(tài)分析
車(chē)燈作為汽車(chē)部件,使用NX Nastran結(jié)構(gòu)分析功能,對(duì)車(chē)燈進(jìn)行模態(tài)分析,同時(shí),在NXNastran中,我們可以分析帶接觸的模態(tài),能夠更加準(zhǔn)確的分析車(chē)燈的固有頻率,從而更加準(zhǔn)確的判定車(chē)燈結(jié)構(gòu)是否會(huì)跟外界激勵(lì)頻率發(fā)生共振。
2.3 車(chē)燈散熱分析
汽車(chē)車(chē)燈散熱分析存在幾個(gè)挑戰(zhàn),從學(xué)科上講,車(chē)燈散熱涉及到兩個(gè)有限元的兩個(gè)領(lǐng)域,熱力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué),并且同時(shí)需要考慮熱力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)的耦合問(wèn)題,Simcenter 3D的熱流耦合仿真工具能夠完美的解決這個(gè)問(wèn)題,不需要用戶額外的進(jìn)行控制,能夠自動(dòng)的調(diào)用相應(yīng)的求解器進(jìn)行耦合仿真。從模型上講,車(chē)燈的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,特別是內(nèi)部流體域腔體,復(fù)雜車(chē)燈可能存在多個(gè)腔體,如何能夠更好的處理車(chē)燈的CAD模型,一直困擾著分析工程師,NX提供了強(qiáng)大的建模功能,特別是非參模型編輯修改功能,使得工程師能夠快速的處理車(chē)燈模型,并且通過(guò)強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分功能,快速完成車(chē)燈散熱分析模型建立。從仿真模擬上講,車(chē)燈傳熱涉及到傳熱的三個(gè)方面,傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射,特別是熱輻射是車(chē)燈傳熱的主要方式。Simcenter 3D的熱分析中提供了高級(jí)熱輻射技術(shù),能夠精確地模擬復(fù)雜車(chē)燈復(fù)雜腔體的熱輻射傳導(dǎo)問(wèn)題,其中輻射建??梢阅M完整的輻射交換的模型、模擬漫射\反射\投射\吸收、幾何體連接問(wèn)題,其中解算技術(shù)特點(diǎn),能夠自動(dòng)計(jì)算復(fù)雜封閉腔體的視角系數(shù)、擁有確定性的光線追蹤的鏡反射技術(shù)、能夠排除殘余視角系數(shù)反復(fù)改進(jìn)視角系數(shù)。自由對(duì)流更是更夠模擬車(chē)燈實(shí)驗(yàn)的環(huán)境狀態(tài)。
2.4車(chē)燈結(jié)霧及冰熔解分析
Simcenter 3D的熱流分析解算方案包含了全面的溫度和霧化模型技術(shù),能夠通過(guò)設(shè)定初始的溫度和濕度條件來(lái)模擬霧化和蒸發(fā)過(guò)程。同時(shí)可以考慮封閉腔體的密封盒通風(fēng)孔,通過(guò)分析得到實(shí)時(shí)的溫度、濕度和水積累量,通過(guò)水積累量來(lái)判定霧化情況。
車(chē)燈在寒冷的溫度下,車(chē)燈外面會(huì)結(jié)冰,通過(guò)Simcenter 3D的高級(jí)熱流耦合分析,能夠模擬前透鏡上冰融化的過(guò)程,通過(guò)冰完全融化的總時(shí)間來(lái)對(duì)冰熔化的行為進(jìn)行判定,在分析過(guò)程中,薄的冰層可以通過(guò)帶改變狀態(tài)屬性的殼單元來(lái)模擬,冰單元和透光鏡單元之間采用熱固直接耦合來(lái)建立熱傳導(dǎo),通過(guò)分析,我們能夠得到冰的性質(zhì)、冰的餾分和冰層的蒸發(fā)時(shí)間等。
2.4分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比
日本豐田汽車(chē)和美國(guó)斯坦利的工程師都使用了Simcenter 3D進(jìn)行了車(chē)燈德?tīng)栂嚓P(guān)分析,并把分析的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,發(fā)現(xiàn)Simcenter 3D分析的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有高度的一致性,也同時(shí)驗(yàn)證了Simcenter 3D在車(chē)燈行業(yè)的分析標(biāo)準(zhǔn)。
3 Simcenter 3D的優(yōu)勢(shì)和效益
當(dāng)前,CAE 技術(shù)成為設(shè)計(jì)的主流,企業(yè)已經(jīng)將分析提到新的地位?,F(xiàn)代的產(chǎn)品設(shè)計(jì)完全基于分析模擬和優(yōu)化的結(jié)果,產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的最初階段便開(kāi)始用分析仿真工具,在制造之前全面把握產(chǎn)品的性能,避免不必要的樣機(jī)試驗(yàn),以縮短設(shè)計(jì)周期,降低成本,從而在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)和有利的地位??梢詳嘌哉l(shuí)先掌握了這一先進(jìn)的技術(shù)并能盡早地將其成功運(yùn)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段,誰(shuí)就能夠在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中不斷地增強(qiáng)自身的創(chuàng)新能力和應(yīng)變能力,在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主動(dòng)和有利的地位。仿真應(yīng)用就是利用數(shù)值方法研究產(chǎn)品的性能
Simcenter 3D最顯著的特點(diǎn)是對(duì)新流程的支持。其中,在開(kāi)發(fā)流程中通過(guò)無(wú)縫共享數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分析與設(shè)計(jì)幾何相關(guān),徹底消除數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換和幾何修復(fù)造成的瓶頸,是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與分析并行進(jìn)行、相互作用的關(guān)鍵,是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成員在明確分工情況下高效協(xié)同的前提,也是構(gòu)成快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)。Simcenter 3D僅是結(jié)構(gòu)分析與可靠性設(shè)計(jì)的單元技術(shù),更是嶄新流程的使能工具。