馬自達如何使用Isight對CAE優化研究做出簡化

2016-10-24  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

一個世紀以來,鋼一直是車體的主要材料。鋼材緊跟汽車工業發展的進步要求。改進的耐腐蝕性、更精致的機械屬性、高強度特性,以及先進的制造技術。鋼材滿足生產制造工藝,使得鋼材占據普通道路車輛的主要材料的地位,目前鋼材約占車輛重量的六成。

不過,重量一直是汽車企業的首要關注的問題,因為重量與燃油效率息息相關。鋁、鎂和合成材料等越來越可能替代鋼材組件。雖然鋼材的可靠耐久性經驗證,可能一段時間內仍將擔當車體的主要材料,但汽車生產商在促進鋼車身輕量化方面開始考慮如何做到幾近極限。為了充分了解并全面達到極限,汽車廠商開始采用先進的計算機輔助工程(CAE)工具來優化設計,以合理成本滿足客戶的質量要求,并應對越來越嚴格的油耗要求、排放標準和碰撞測試要求。

馬自達汽車公司(日本廣島)汽車開發部和技術研究中心近期基于公司的CX-5車型開發了鋼車體結構跨學科設計優化方法(MDO)。

馬自達的技術專家Takehisa Kohira指出:“優化技術對更高性能和輕量化這兩大要求之間實現平衡至關重要?！?/span>

團隊的目標是探尋最輕型鋼部件有效組合(按金屬板厚度計算),實現剛度、NVH品質、耐用性和抗撞擊性四方面目標要求,滿足CX-5的“禮帽式”結構要求。團隊采用多種不同CAE工具,針對整車車身行為進行建模分析,這些分析工具包括Abaqus、LS-DYNA、Nastran等。Kohira指出:“CAE幫助我們改進設計,提高分析準確度,并減少所需的原型數量?！盇baqus有限元分析(FEA)在車輛開發過程中評估強度、以及整車身組件耐用性和動力總成部件的熱應力。

創建一個總體分析系統,首先優化四大目標領域中每個領域的車身行為,再找到將所有最佳特性融合在一起的最終設計,確保盡可能的輕量化,這是一項復雜的分析極具挑戰。

在檢查目標行為中,剛度靜態和動態硬度主要涉及線性計算。而NVH分析則涉及復雜的多物理問題,需要考慮框架元件的物理互動和整車震動。抗撞擊性涉及到碰撞的位置和方向,是正面、后面還是側面,這是非線性的,也是最復雜的。Kohira指出:“側面碰撞分析只涉及彎曲/屈曲層面的問題,可用近似模型預測。不過,正面和后面碰撞則涉及強非線性問題,牽扯到許多組件的屈曲和軸向擠壓,因此重量和性能的綜合平衡在這種分析中就極為復雜。

為使所有數據集中達到“最佳性能”車身結構設計中,團隊采用了各種試驗設計(DOE)方法和近似模型,手動調節不同行為間的參數沖突與約束。車身的各種性能目標都被視為約束條件,設計變量為每個車身組件的材料厚度。Kohira指出:“我們的最終目標是盡可能減輕車重,但通過手動調整數據組織來實現這一目標需要花費極長的時間?！?/span>

于是團隊采用Isight進行流程自動化和優化設計探索。Kohira指出:“一旦我們使用Isight,就能利用DOE分析技術更加容易的分析最初設計的局限性,隨后就能更順利地做出工程決策。我們能更清晰地看到設計空間,也能對結果獲得更好的可視化展示?！?/span>

Isight通過拖拉方式幫助工程師集成所有CAE軟件到工作流程中,Isight能自動運行權衡性能指標自動調整參數序列滿足約束。Kohira指出:“利用Isight,我們能確認、并數值驗證設計人員的創意,并能夠大幅提升設計者的設計正確性的信心。”

將Isight應用到車身優化問題有一個有趣的效果,就是能根據整體結構性能響應來對組件敏度進行分類。Kohira指出:“在優化過程中,大多數情況下對性能響應較低的部件都能變得更輕。另一方面,對性能影響較大的組件要變得更重厚重。Isight多目標優化幫助我們平衡相互矛盾的需求,同時也能減輕整體重量的需求?！?/span>

那么結果如何?團隊實現了重量比CX-5前期設計減輕3.4%的目標。多學科設計優化工作方法現在正應用于馬自達的創馳藍天(SKYACTIV)車身技術開發項目中,將通過引擎和傳動技術改進以及輕量化的車身、底盤最終提高汽車燃油效率。

展望未來,馬自達團隊計劃對鋁、CFRP(碳纖維增強塑料)等其他材料也可采基于Isight自動化多學科多目標尋優MDO系統。Kohira指出:“我們目前已將鋼車身設計細化到最大極限。未來設計除了鋼材之外還會涉及許多其他新材料,不過我們現在已經擁有了基于Isight的應對更高復雜性的技術解決方案?！?/span>

相關標簽搜索：馬自達如何使用Isight對CAE優化研究做出簡化 ISight培訓 ISight培訓課程 ISight分析 ISight在線視頻教程 ISight技術學習教程 ISight軟件教程 ISight資料下載 ISight代做 ISight基礎知識 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 Ansys培訓