利用仿真技术突破复合材料设计挑战

2014-8-28 14:29| 发布者: chenl| 查看: 1607| 评论: 0|来自: Altair

摘要: 由于轻量化和高性能特性的要求,复合材料已经在航空航天行业使用了很多年,但是关于产品重量的要求并不局限于飞机。越来越多的汽车制造商把材料看作是最小化质量和最大化燃油经济性的关键。

主要看点

行业

汽车

挑战

汽一个革命性的全新整车平台的复合材料建模

Altair解决方案

仿真技术的扩展应用以理解在碰撞载荷下的性能

优点

复合材料的精确仿真

更轻、更高燃油效率的汽车

Gordon Murray Design2007年在英国成立。它开发了一种革新的汽车制造技术,注册商标为iStreamT.25城市车的设计和原型车是iStream开发和成熟的关键。

项目介绍

由于轻量化和高性能特性的要求,复合材料已经在航空航天行业使用了很多年,但是关于产品重量的要求并不局限于飞机。越来越多的汽车制造商把材料看作是最小化质量和最大化燃油经济性的关键。

材料的设计是有挑战的。尤其在仿真碰撞这样的复杂工况时,需要考虑由复合材料的铺层顺序和纤维方向形成的大量的设计变量。而且,由此产生的材料的高费用,会导致高端运动型汽车的成本增加。

英国的汽车设计公司Gordon Murray Design (GMD)认为复合材料可以在汽车制造方面扮演一个相当重要的角色。为了证明这一点,这家公司为使用轻量化混合材料低制造和高容量汽车开发了一个叫“iStream”的高效流程。

这个iStream流程设法降低所有与汽车开发相关的费用,从工厂研发和组装到模具设计以及报废。传统制造汽车的方法是使用冲压的钢材来制造车身,GMD公司的革新iStream制造流程使用轻量化的复合板包围管式金属车架。

GMD公司将iStream作为智能产品加以开发,提供给想要在汽车市场多元化发展的公司。但是,为了使iStream取得成功,GMD公司必须证明使用复合板的汽车结构能够满足严格的性能目标。为了达到这个目的,GMD公司开发了一系列的演示车辆,包括T.25和使用iStream理念的T.27。

挑战

GMD公司是一个小型的、专业的、高智能的、拥有大量工程经验的公司。这个iStream项目需要对复合材料的性能以及精确建模予以证明其适合作为结构零件有深刻的理解。

GMD公司是Altair HyperWorks仿真技术的用户。当这个公司在寻找仿真专家作为外部合作伙伴时,Altair ProductDesign是成为最佳选择。Altair ProductDesign结合软件开发业务和工程咨询服务,能够把从项目中获得的经验直接应用到软件功能和精度上。这是GMD公司做出该决定的关键因素。因为GMD公司把这两个业务的相互合作看作是Altair公司区分于其它产品开发公司的关键因素。


“直接与Altair ProductDesign团队合作,以及他们怎样整合Altair的软件和其它部门的协作,在我们来看是无价的。”

Simon Maher,
高级应力&材料工程师
Gordon Murray Design

解决方案

高效的建模

Altair ProductDesign将改进复合材料的虚拟建模以匹配物理测试的结果。

第一个任务就是为iStream建立精确的三合板材料模型。

这些复合板被认为是代替金属的较轻的方案,同时保证强度和刚度,并且维护成本低,而且避免了腐蚀问题。




T.25演示车辆展示iStream框架


T.27利用iStream制造一辆轻量化电动汽车



                      虚拟碰撞模型和基于T.32鼻锥的iStream物理测试比较

高效建模需要详细的玻璃纤维薄片、软核以及结合复合板和框架的结构胶粘剂。为了评估前碰和侧碰时载荷的传递路径,GMD公司要求Altair ProductDesign建立一个精细调教的iStream底盘CAE模型。

Altair ProductDesign建议使用Altair HyperWorks对车辆结构不同零件建立由1D梁单元和壳单元组成的有限元模型,这样大部分的建模可以由Altair的离线技术能力完成,以加速这个耗时的阶段。

这种方法允许分析阶段通过建立复合材料的虚拟模型直接响应设计阶段,这比标准的开发流程更加简单。这样,不需要通过彻底的计算分析,设计方向就可以更快地被探索、控制以及评估。加速分析过程使得GMD公司可以快速研究更多不同的设计方案,并在较短时间内取得优化设计的配置。

定义材料性能

理解复合材料的性能是开发环节的一个关键步骤,因为在汽车行业对复合材料的掌握还没有金属材料那么成熟。

一旦对零部件的材料性能的理解取得一定信心, 对材料的仿真将会超越独立的零部件,达到整个系统特性的级别。这样,子系统和全局系统都被分析,工程师能够查看系统受载时各个零部件之间的相互作用。

Altair ProductDesignGMD公司将会使用HyperWorksRADIOSS求解器实施一系列的虚拟仿真测试,以定义在碰撞等多种载荷下的材料性能。

虚拟测试的实施基于对物理测试要求的理解,以确保结果可以有效地匹配,而不需要重复多次无谓的测试。

结论

随着分析与物理实验对标的完成,Altair ProductDesign将会继续与GMD公司合作开发iStream结构以改进碰撞性能。高级材料的使用需要革新的设计和验证方法,以保证高水准的安全性能。来自Altair ProductDesign和汽车开发部门的仿真专家与来自GMD公司的复合材料专家建立了高效的合作关系,这将有利于证明iStream革新流程的价值。



关于Altair公司

Altair公司是世界领先的工程设计技术的开发者之一,也是一家具有全球深厚工程技术底蕴的优秀CAE工程公司。Altair 公司拥有多元化的业务主线,其技术涵盖高端CAE仿真和优化技术、数据管理及流程自动化、高性能计算与网络计算技术,同时具备一流的产品设计、流程定制、 二次开发等咨询服务能力。Altair目前为私人所有,总部设在美国底特律,在全球拥有1500多位员工,分支机构遍及美洲、欧洲及亚太地区。凭借其在产 品设计、先进CAE工程软件开发和网格计算技术等方面拥有26年的经验,Altair不断为各个行业的客户创造竞争优势。www.altair.com.cn


企业级CAE仿真平台

构建于设计优化、性能数据管理和流程自动化的基础理念之上,HyperWorks是一个企业级的仿真解决方案,用于加快企业设计开发和决策过 程。作为业界最全面的开放构架的CAE解决方案,HyperWorks包括第一流的建模、分析、可视化和数据管理解决方案,适用于线性、非线性、结构优 化、流固耦合和多刚体动力学等多个领域。www.altairhyperworks.com.cn



产品创新咨询服务

Altair产品设计咨询团队(ProductDesign)是一个提供创新的、端对端解决方案的、全球性的多学科产品研发和工程咨询团队,向 全球客户提供全面的工程咨询服务,其设计方案能够综合产品可用性、适用性、高性能、多需求、低成本等多个方面的因素。通过领先的研发流程和丰富的行业经 验,帮助客户产品以更快的速度投向市场。www.altairproductdesign.com


网格计算和资源管理平台

Altair PBS Works 帮助制造业、资源勘探、地球科学、天气预报、计算化学、制药、金融和娱乐行业的企业、学校和研究机构最大化其计算软硬件资源的投资回报。PBS Works系统作为Altair HyperWorks家族中的成员,帮助制造业用户在实现大规模CAE仿真的同时按照需求有效地利用企业的计算资源,包括网格、集群和其他计算系统。www.pbsworks.com.cn


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HiQube是一个全新的高性能的商业智能(BI)软件解决方案。其独特的HiQube数据挖掘引擎技术能够为决策者快速提供深入的业务分析功能和高级报表功能功能。www.hiqube.com.cn







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