AcuSolve在日本高速列车安全性和舒适性仿真方面的应用
AcuSolve在日本高速列车 安全性和舒适性仿真方面的应用
主要看点 行业:轨道车辆 挑战:通过分析列车空气动力载荷及客舱内热流分析增加列车舒适性和安全性 Altair解决方案:AcuSolve CFD仿真 优点:单一AcuSolve软件包便可完成列车的综合仿真，满足多方面模拟的需要 改善了列车的设计 客户简介 日本车辆制造株式会社（Nippon Sharyo），位于日本名古屋，从19世纪末开始制造列车。现今它仍是日本产量最高的铁路列车制造商之一，拥有1100名员工，制造各种类型的列车，如特快列车、通勤列车，地铁及轻轨等。自从1964年第一辆时速200km/h高速列车起，日本车辆制造株式会社制造了超过3200个车厢。最新的子弹头列车时速可达300km/h。 挑战 通常如果一辆列车通过空旷无障碍区域，列车的空气动力载荷相对不是很复杂。然而列车在行驶过程中通常需要穿过隧道，同时也会在空旷地域或隧道内与其它列车交汇，这些情况下空气动力载荷就比较复杂。当列车穿过隧道，列车头部的压力波会引起很大的噪声和振动，因此设计者需要设计良好的列车头部外形，尽可能减小进出隧道压力波动的大小。 当两辆列车在隧道内会车时，问题更为复杂。每列车都将形成强烈的冲击波，这些波的碰撞和相互作用可对列车产生巨大的作用力。例如，列车对另外一辆列车产生巨大的推力，当压力平衡后，列车又被拉回，如果在设计过程中这样的作用力考虑得不是很周全，则列车实际中可能会有倾覆出轨的危险。即使较理想的情况下，该效应也会对乘客的舒适性有巨大影响。 另外当尽可能最大化乘客的舒适性和安全性后，以及其它一些方面也需要考虑。如列车明线运行时的动态载荷、高速行驶的侧风作用、列车门的噪声影响以及客舱内的通风换热等。
解决方案 制造样机是十分昂贵的，因此Nippon Sharyo采用Altair CFD软件AcuSolve进行复杂的空气动力学仿真： 安全性：预测侧风运行载荷，无风运行载荷以及会车载荷。 舒适性：除了进隧道噪声，还进了HVAC（暖通空调）仿真，考察乘客热舒适性。 制造工艺：采用摩擦搅拌焊（FSW）模拟车厢焊接过程。
摩擦搅拌焊仿真（FSW） 客舱内HVAC流动分析
AcuSolve模拟进隧道噪声 Nippon Sharyo早在2002年就开始使用AcuSolve进行CFD仿真。现在Nippon Sharyo设计人员主要依赖于Altair HyperWorks系列产品，特别是AcuSolve和HyperMesh进行列车的舒适性和安全性设计。 “运用AcuSolve进行CFD仿真可使我们设计更好的产品，”Nippon Sharyo设计组经理Sato Tetsuro说，“子弹头列车的设计项目逐年复杂，质量和性能要求评价标准越来越高，涉及到的物理现象也更复杂，CFD仿真能帮助我们找到更好的解决方案。” 在列车外部，Nippon Sharyo不但着眼于减小外形阻力，同时力求减小进隧道的噪声。在列车内部，采用AcuSolve进行复杂的暖通空调仿真，考察乘客的舒适性。在这过程中，还考察了人体温度和太阳辐射的影响。 结论 很多公司的设计人员需要采用不同的设计软件来考察列车外部的空气动力学特性和客舱内部的流动情况。然而AcuSolve让Nippon Sharyo实现在同一平台上完成两种不同方面的应用。因此大大降低产品设计成本，提高效率。 运用AcuSolve，列车外形得到了优化，减小了进隧道噪声。为提高客舱内部流动情况，工程师使用AcuSolve仿真，设计出更合理的空调进出口，从而优化夏天和冬天的乘客舒适性。其中涉及到的物理现象有强迫对流、自然对流、热辐射、湍流、热传递、热源和太阳辐射等众多物理模型。另外AcuSolve可以实现搅拌摩擦焊仿真，通过设计合理的焊接参数，提高车厢焊接工艺。 关于Altair 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2000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29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 关于HyperWorks 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CA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 关于ProductDesign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 关于PBS Works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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