1:Goldfire为汽车行业提供可持续创新

2:NDI 汽车行业应用

3:Altair 在汽车行业的应用

4: VIC-3D在汽车行业的应用



1: Goldfire为汽车行业提供可持续创新

      您可能正处在最激烈的竞争之下,为了扭转汽车行业上的紧张曲线,今天的创新意味着挂上高速档行驶,以快速反应政府的规

章、全球分布的经营模式和互补技术来确保汽车性能以及保持营利增长。借助于Goldfire,全球唯一的创新软件解决方案,您可以快

速地将概念转化为产品,使创新成为一种可重复、可持续的流程,让您能够对变换的环境做出快速反应。面向工程师、科技人员和研

发人员,Goldfire 自动化12个以上的关键创新任务,涉及整个产品生命周期——从确立新市场到研发一种新产品到改进现有产品。融

入全球经验证行之有效的创新工具和方法,借助于对企业内部和外部知识精确的检索,Goldfire系统地指导用户完成每天的创新任务

,为发明问题的解决、新技术的发现和新概念的产生及验证提供结构化、一致性的过程。


全球领先的汽车制造商和供应商——包括 Bentley,Cummins,Delphi,Eaton 和 Mahle Powertrain——使用Goldfire:

•制定降低成本和引入差异化竞争的策略
•通过预测失效分析减免责任
•对功能模型和机会获取深层次理解
•找到技术创新解决方案来降低环境的影响
      发动机系统,例如混合动力、燃料电池
      轻量化设计,例如轻钢结构、铝、镁、塑料
      尾气过滤器

•确立和应用使能和互补技术
      动力、材料、安全性、纳米技术、软件和计算机、无线

“我们需要快速地获得新的增长机会同时确保我们的用户在最早的时间从我们的创新中受益。Goldfire为我们提供了一个能够快速和

智能地访问我们内部系统、数据库和全球专利库的研发平台,帮助我们快速地执行研发项目。”
--Hugh Blaxill,总工程师,MAHLE Powertrain, Ltd.
 
“Our study has covered 458 records of disclosures. We measured the time it took to do the research from the moment

the disclosure hit the desk until the research was completed. The average time without Goldfire: 158 days. The

average time using Goldfire: 10 days."
– Global Diesel Engine Manufacturer

汽车行业的代表用户
汽车制造商                                          
Bentley Motors、DaimlerChrysler、Ford、Honda、 Peugeot 、Renault    

卡车
BobCat、Cummins、Caterpillar 、Hendrickson Trailer、Suspension Sys 、Intl. Truck & Engine、Renault Trucks

一等级供应商
ArvinMeritor、Bendix、Breed technologies、Delphi Automotive、DENSO、Faurecia、Goodyear、Johnson Controls、MAGNA、

Michelin、Robert Bosch、Tenneco、Valeo

方程式赛车赞助商
Ferrari、Honda F1、Red Bull Racing、Renault F1 Team

客户案例
新市场和新产品

•Alveo——使用Goldfire 的功能模型修改了当前泡沫产品的性能,发现了新的市场机会,结果新的产品配方在其第一年商品化过程中

获利2150万美元。同时Goldfire的语义检索功能为这种新型的“厚层泡沫”在多种行业帮助确认了40多种应用。
 改进现有产品或流程

•Delphi——Delphi 使用Goldfire 来简化和改进其燃油供应系统——结果系统变得更轻、更小、更精简(Delphi 能够剪裁掉几个组

件而没有丢掉任何功能),成本节省超过50%。
•Ferrari—— Ferrari将赛车发动机的改进归功于Goldfire——在国际汽车大奖赛之前——最后取得了第一位。
•一家领先的汽车零部件公司——在3天的时间内,找到了先前未解决的一个汽车组件故障问题的29种解决方案。他们成功地排除了故

障、每年生产成本减少了$350K,并申请了一项新的专利。先前公司提出的要求增加成本并且需要做出根本性的变化。
通用功能
Honda —— 使用Goldfire,Honda大大减少了其研发项目的信息检索阶段。在7个项目的研究中,17个工程师报告概念搜索、提取和评

定过程节省了18,763个小时,平均每个工程师1100多个小时。并且一些概念是使用他们传统的技术不能找到的。


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2: NDI 在汽车行业的应用

汽车关门试验测量
评估一辆车质量好坏的标准就是关闭车门的力学和声信息测量,设计师理解一般消费者评估一个车的设计质量由通过多次测试车门闭合的好坏,这种定性的措施必须量化以了解竞争优势,并促进内部设计改进 - 这是所有关于“轰的一声”。
解决方案:一个单一的测量系统,能够同时评估的门的位置,铰链下垂,六自由度运动轨迹,超行程等。通过使用动态物体参考(DPR)能够补偿车身运动,任意转换扫描数据来评估车门关闭藏部件两个零件的缝隙和之间的差距。
优点:完整的测量解决方案可以量化车门关闭的所有参数。表面扫描、三坐标探测、凹陷检测和动态的运动捕捉的所有分析过程。


重型机械研究与试验
重型机械研究和开发,专注于以客户为导向的设计。其结果是要求很多的型号和配置,每个配置都需要结构和安全测试,产品可靠性分析和可用性因素的研究。

 
人体工程学
操作人员每天在驾驶室花费8小时或更多时间连续工作,在设计中考虑人的因素变得越来越重要。研究表明,一个符合人体工程学的驾驶室的设计已经成为最大的销售买点,特别是对那些即是主人也是操作者的人来说一个小小的减少疲劳影响改变都变得很重要。因此制造商需要的一个强大的工具,帮助他们优化从座椅位置、定位、转向机构的角度控制,到操作布局、信息的显示位置以及内外部可见性能。
解决方案:扫描完整的驾驶室内部:包括座椅、方向盘和转向柱,转换机构,踏板和控制单元。如果需要,比较CAD模型设计意图和制造结果之间的差异。对每一组连杆机构的所有部件的行程和运动轨迹跟踪。追踪人类肢体运动的重复性对肌肉骨骼进行应力应变分析。通过动态参考,机器可以运行甚至移动的时候进行高精度高质量数据测量。进一步的分析扩展到眼部追踪和头部运动以及可视性分析。
优点:使用一个光学跟踪解决方案,一个专业研究的人员就能够迅速完成对驾驶舱内部的三维数字化模型的建立和渲染,此外,记录人体运动捕捉了解人体工程学的变量。提高系统的整体性能(人+机器)通过优化操作位置,座椅和座椅悬架系统,控制和显示单元关节的位置和结合点。


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3:Altair 在汽车行业的应用


汽车与运输
如今,面对不断变化的政府规定(包括新的燃油经济性指标)和日益多样的消费选择/需求,汽车制造商如何应对这充满挑战的市场环境?他们必须能够快速推出受消费者青睐的设计,同时还要保证价格预算符合消费者的预期。Altair 可帮助汽车制造商利用 CAE 驱动设计快速提高产品的安全性能、驾驶性能、舒适度和品质,同时达到燃油经济性指标和减重目标。


燃油效率
为了提高燃油效率,汽车制造商采用一种多管齐下的解决方法:包括设计更轻质的结构,采用全新动力总成技术,以及加强进行气动学分析等。如今,汽车制造商采用高强度的钢、铝、镁和碳复合材料等更加复杂的材质制造汽车,使其日趋多材质化。Altair 的 Optistruct 是一套久经行业验证的解决方案,可用于结构设计和优化。借助该产品,设计师和工程师能够在达到性能要求的同时,降低车身重量并节省材料,从而开发出轻量化、结构高效性的创新型汽车。

性能和舒适度
Altair 的 NVH、流体和车辆动力学解决方案能够直接模拟最终用户体验,从而大幅提高车辆的性能和舒适度,最终达到促进物理原型车开发的目的。Altair AcuSolve 能够针对外部和内部流体开展研究,从而为设计团队提供空气动力学、冷却、噪声和舒适度方面的宝贵信息。

安全性
安全性依然是当代车辆产品的关键因素,因此,预碰撞技术(主动安全)近来受到越来越多的关注。已经有越来越多的原始设备制造商能够制造出安全性能良好的车辆。目前,新的消费者保护协议对于被动安全性能的现状持不乐观态度,因而提出了日益严苛的要求,同时提倡所有市场都要注重车辆的安全性。作为汽车碰撞和冲击分析领域的行业标准,Altair RADIOSS 是碰撞工程师用来应对上述新挑战的首选工具。

OEMs
BMW 、Fiat、Ford Motor Company、General Motors、Honda、Hyundai、Fiat、Geely、Jaguar、Jeep、Mahindra、Maruti-uzuki、Mercedes Benz、Nissan、PSA Peugeot Citroen、RenaultSAIC、Tata、Toyota、Volkswagon、Suppliers、Autoliv、Benteler Automotive、BASF、Bosch、Delphi、DOW、Faurecia、Johnson Controls、Lear、Mahle、Takata、TRW、Valeo、Visteon

Altair在汽车领域成功案例
Monash车队凭借卓越的赛车性能和增材制造技术再度问鼎冠军宝座



项目介绍

  自2000年首次参加澳大利亚SAE大学生赛车比赛以来,Monash车队的赛车性能得到了稳步提升。他们辉煌的战绩为此做出了最好诠释:Monash车队在澳大拉西亚站比赛中豪取六连胜,并在欧洲方程式学生大赛中技压群雄,当前排名位列世界第七。

  他们的成功来源于对基础工程的深刻见解和对创新理念的不断追求,同样重要的还有对于完美性能的狂热与执着。最近,学生们发现将Altair的 OptiStruct优化技术与3D打印技术相结合可为他们带来意想不到的好处。基于 2013款样车的后轮毂设计,团队采用钛合金前轮毂和立柱来降低汽车的非簧载质量。但由于之前已经采用了轻质的铝合金设计,因此这给他们带来了严峻的挑战。为解决这一问题,Monash车队采用Altair的优化技术OptiStruct来设计并优化钛合金立柱,然后利用CSIRO的增材制造技术进行生产。因此,学生们不仅能够保持组件的刚度、减少开发时间和成本,还进一步减轻30%的重量。

面临的挑战

  为保持最佳的竞技水准,Monash车队将其总体方针制定为:严格掌控开发时间和成本,打造出更快、更轻、更出色的创新型赛车。

  在2013年底,团队面临着新一轮重量和性能方面的挑战。随着3D打印技术的不断发展,学生们发现了一项可以帮助他们制造更轻汽车的新技术。增材制造技术突破了常规制造方法的局限,使得制造有机形状和结构成为可能,这为Monash的部件设计提供了更多灵感。但由于3D打印组件的质量和性能只能忠实于设计方案,因此这为开发人员带来了新的困难。

  钛合金立柱在设计上可与现有立柱相替换,这是继前一款赛车M13调整后的一次很小改动。立柱的设计流程包括有限元分析验证,其中采用了大量的载荷工况。轮毂在设计上同样可进行替换。在这些条件的制约下,Monash 团队在考虑增材制造技术局限性的同时,必须为实现组件的理想材料分布进行优化。


使用OptiStruct优化的钛合金立柱。左侧:确定设计空间是优化流程的首要步骤;右侧:拓扑优化通过既定边界条件提供了最理想的材料分布。


Altair HyperWorks解决方案

  通过Altair HyperWorks可启用仿真驱动设计流程,并对采用增材制造技术生产的组件进行结构上的优化设计。在当前几何图形的限制范围内,学生们在Altair的优化工具OptiStruct中创建了一个设计空间。他们通过应用边界条件(例如负载和制造约束)进行拓扑优化,并在OptiStruct的帮助下创建了一个刚度更高、质量更轻的组件结构。接下来,学生们选取了OptiStruct设计方案,充分解读并创建了有效的CAD设计方案。然后,在使用多载荷工况的情况下,利用进一步的有限元分析对设计予以验证。

  部件的许多表面都应控制在较小的公差范围内。此外,它还有很多安装表面。因此需要密切关注零件的整体制造过程,适当添加其它加工材料。

最终结论

  OptiStruct帮助Monash车队最大程度地减轻了赛车重量,实现了项目的整体目标:为轻型设计立柱进一步“瘦身”。利用OptiStruct与最新制造工艺(如钛合金电子束熔融技术)优化结合而打造的部件,充分彰显了其独特的性能优势。与此前设计相比,不仅刚性更强、更加安全,而且总重量减轻了约30%。对此,OptiStruct 功不可没。它从精妙的自然结构中汲取灵感,并通过优化材料分布来提供一种行之有效的设计方案。

  3D 打印技术与传统制造流程相比,可以节省一半以上的钛合金材料。由于无需在计算机辅助制造流程或零件加工方面花费过多时间,组件的生产速度得到极大提升。整个打印流程仅耗时一天,与去年铝合金部件的制造流程相比,节省了大量时间。

  2013年12月13日的这个周末,Monash车队实现了一次伟大的壮举。他们连续第六次夺得FSAE澳大拉西亚站冠军!凭借此次胜利,Monash车队成为了SAE方程式历史上首个在单项比赛中荣获六连冠殊荣的队伍。

  Monash车队是源自维多利亚克莱顿Monash大学主校区的一个学生社团组织。Monash团队由70名学生组成,他们自行设计、打造开式车轮赛车参加 SAE 方程式比赛,这项比赛是世界上规模最大的学生工程设计比赛,共有超过 500个参赛车队同场角逐冠军大奖。通过参加比赛,Monash 车队的学生们可以在各自的工程和商业领域获得宝贵的实践经验,这不仅丰富了他们的大学经历,也为他们未来的职业道路奠定了坚实的基础。


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4:VIC-3D在汽车行业的应用

VIC-3D系统汽车排气管应变测量

  试验背景:康明斯发动机的设计和测试工程师想测量他们的引擎在真实环境从军事部到重型工业基地下的状况,康明斯工程师想知道在热和机械受力组合状态下他们零件的变形,这就意味着他们要在发动机运行,并且热的状态下进行测试。目前发动机排气管温度已达到750 ℃ 以上,随着发动机性能的进一步提高,排气歧管的工作温度还要提高。

  传统应变片测量和FEA分析缺陷:

  (1)由于高温等其他因素对应变的影响极为复杂,常规的应变片根本满足不了康明斯的需求。

  (2)FEA有限元分析由于不确定的边界条件环境也极为有限。

  VIC-3D系统解决方案:由于温度能达到750 ℃ 以上,制作散斑的时候要考虑温度对散斑的影响,所以我们用高温漆来制作散斑,同时温度过高产生热浪,做实验时在旁边放置风扇以的到平稳的气流,避免对采集图片的影响。

  试验结果:通过使用VIC-3D系统,康明斯工程师在真实载荷以及发动机运行状态下获得三维应变的测量,得到零件的变形情况。

VIC-3D优势:

  (1)高精度高速度

  • 应变精度50με;

  • 稳定可靠的测量精度:散斑制作与评估、标定评估、振动滤除;  

  • 采集速度快,是其它商业产品5~10倍,且支持多核并行计算。

  (2)非接触测量 

  • 能在750 ℃ 以上进行测量,避免传统应变片测量时温度对结果的影响。

  (3)简单易用

  • VIC-3D系统简单易用,非常容易上手,测量范围可以为很小的零件也可以是大的装配体。

  Paul Gloeckner,康明斯高级研究工程师对VIC-3D的评价说“这个工具是我们能完成之前不能够测量的,同样节约了我们测量的时间”。

 

VIC-3D系统汽车刹车盘振动模态分析

  试验背景:为了改进刹车盘结构,提高刹车盘功能,需要知道刹车盘的固有频率、振幅等信息,同时在刹车盘生产制造的过程中,较常出现有气孔、缩松、砂眼等缺陷。需要对刹车盘进行振动摸态分析。

  VIC-3D解决方案:力锤锤击刹车盘,造成刹车盘振动,所以采用高速相机采集图片,同时使用模拟电压信号进行同步触发,使得两台相机同步采集。

  试验结果:通过瞬态测试进行的工作变形ODS分析和工作模态分析(OMA),得到刹车盘的振幅、固有频率等数据,同时可得到刹车盘结构整体的厚度非均匀性、表面不规整、裂缝、缺陷等本身缺陷信息。通过全场的三维变形数据可以用于试样结构优化和改进,校正样机的平衡、位移、弯曲、刚度以及整体的结构改善。


VIC-3D振动模态系统特性及优势:

  • 可输出振幅、频率、相位、速度、加速度等数据。

  • 动画比较,数据图表,与FE比较。

  • 特定频域内全场ODS工作变形纳米级测量。

  • 可以实现高加速度下极低尺度振幅分析。

  • 高精度全场变形、应变、振型分析。

 

VIC-3D系统安全气囊展开试验

试验目的:为了确定安全气囊展开过程中气囊袋的应变,改善安全气囊性质,提高功能。需要进行试验测量以下几点:

(1)测量气囊袋的应变与变形

(2)识别拉伸应变下,气囊展开线位置的变形情况

(3)利用结果数据来改善安全气囊展开设计

试验面临挑战

(1)识别开裂位置,确定应变极限值

(2)高速事件 (10,000 fps),需要高帧率摄像头

(3)遇到撞击时,安全气囊展开,试验过程会有强烈的冲撞,要保证人员和设备的安全

VIC-3D解决方案

  • 安全气囊表面制作散斑,用以进行图像相关计算

  • 方向盘安装在特殊的试验框架上

  • 双相机放置在距离气囊表面3m的地方,且与气囊表面的法线成+/-30° ,用以确保气囊在展开时不会损伤相机

试验结果:通过这次试验,测得了安全气囊展开时膨胀过程中的最大主应变,根据试验结果可识别在设计过程中的缺陷,进一步改良安全气囊的设计,并重新验证。


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VIC-3D测量系统优势

(1)全场测量,识别关键区域

(2)非接触测量,消除被测物局部加强的干扰

(3)可应用于非平面表面

VIC-3D系统汽车动态轮胎实验

试验背景:轮胎经过障碍物时,汽车轮胎会发生变形,为了提高轮胎的性能,需要测量轮胎的形貌与应变,这就需要试验时在车轮胎压过木块时进行图像采集。

试验面临的挑战

(1)要精确触发相机

(2)需要用较短的曝光时间来避免运动拖影

VIC-3D解决方案

  非稳态运动,采用两台高速相机采集图片,同时使用模拟电压信号进行同步触发,使得两台相机同步采集。同时利用CSI专利的相位同步技术采集稳态转动。

动态轮胎试验结果

  通过实验测得轮胎的形貌与应变,得到轮胎在经过障碍过程中产生最大变形的位置,以及最大变形,为进一步完善轮胎设计,提高轮胎性能给出了有力的数据支持。

试验过程中的关键点

  (1)在车辆正常运行过程中进行测量

  (2)识别最大主应变区域

  (3)测量轮胎压过物体时的变形

  (4)测量不同路面状况对轮胎的影响

VIC-3D测量系统优势

  (1) 即可利用高速相机采集非稳态运动,也可以利用CSI专利的相位同步技术采集稳态转动

  (2)全场数据可提供轮胎变形的演变全过程

  (3)自然光即可,无需特殊照明。充分展示了VIC-3D测量系统的能力,无论是在室内还是室外,都可进行测量,对此类行业,CSI系统的室外工作能力显得尤为突出,而且无需其他辅助设备。

  (4)轮胎的相位转动对于分析过程十分重要

  (5)各种复杂路况均可测量(不遮挡散斑情况下)。

 

VIC-3D在汽车领域的其他应用

一、材料测试:汽车所使用的各种材料力学性能的测试,可以方便的获取全场的变形,应变;更进一步的得到:应力-应变曲线图,COD 曲线,柏松比Poisson’s ratio 等等。

材料的高速拉伸测试,三维的形变分布及随时间的变化可一次看出。藉由拉伸机拉力的输入,亦可得到应力-应变曲线图。


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二、各种零部件强度测试


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减震器动态应变测量

三、汽车在风洞中的应用

  VIC-3D 可以用于测量汽车在风洞中模拟时候,测量其各个部位的强度,振动时候的模态分析等等。


四、汽车碰撞分析

  VIC-3D 可以用于分析汽车在碰撞过程中的各个部位的强度分析,以及材料性能分析,并与CAE 分析软件PAM-Crash,LS-DYNA 等软件做比较,以提高CAE 模型的准确度。



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国外汽车用户:BMW、通用汽车、丰田、本田、尼桑、固特异、普利斯通、克莱斯勒、MRF、TATA等。

国内汽车用户:

  • 国汽(北京)汽车轻量化技术研究院有限公司 

  (说明:国汽(北京)汽车轻量化技术研究院有限公司是由17家轻量化联盟成员单位共同出资组建,包括一汽集团、北京汽车研究院、吉林大学、东北大学、长城汽车、鞍钢股份、中汽院、长安汽车、马钢股份、宝钢股份、上汽集团、奇瑞汽车、吉利汽车、武钢集团等)。轻量化联盟共有51家成员单位,包括整车企业、材料及零部件企业、科研院所、高校等。)

  • 清华大学苏州汽车研究院

  • 通用汽车中国技术研究院

  • 奇瑞汽车股份有限公司




行业应用

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