HyperWorks应用案例精选(第一集)

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Altair HyperWorks 是一个创新、开放的企业级CAE平台，它集成设计与分析所需各种工具，具有无比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，今天我们筛选了HyperWorks在汽车领域的优秀案例。

Cooper Standard采用AltairCFD 求解器AcuSolve 加速新一代水泵研发

项目介绍：

Cooper Standard在19个国家共有22000名员工，为汽车工业供应流体输送系统、密封系统、外饰系统、热吸排气系统和AVS系统。机电部门是Cooper Standard北美分公司的高级研发部门。它的目标是协调电子控制和机械系统，通过按需输送流体和减小传统系统中的能量损失提高了整车效率。为了设计新型水泵，CAE工程师Tom Lincoln采用计算流体动力学（CFD）软件来模拟冷却液在装置中的流动。他和他的团队早在2003年就开始使用CFD仿真软件，并且CFD仿真已成为他们部门产品研发中重要的组成部分。

挑战：

很多年来，Lincoln一直沿用某种CFD软件解决方案并可以获得精确的结果，但是每次CFD仿真的耗时十分巨大，致使研发团队不得不考虑减小方案的数目。仿真结果一般在产品研发后期才能得到，而这时改变设计是不容易实现的。另外以前使用的CFD软件的许可证机制限制了团队在项目上的合作以及对很多种方案的评估。“我们之前使用的CFD软件按核数收费，”Lincoln解释说，“所以即使我的笔记本有4个核数，但我却每次只能使用1个或2个核。我们需要1个月来完成模型的建立、计算和分析。”

解决方案：

当Jeff Davis成为北美Cooper Standard技术工程副总裁并在原厂商领导了类似项目后，Lincoln发现了一种更好的方法。“他引领我们调研Altair的品，因为他之前有很多年与Altair良好的合作体验，”Lincoln回忆到，“Altair提供了技术支持，并有效地通过标准测试来评估AcuSolve。”

引进Altair HyperWorks高端的CFD求解器AcuSolve，并转换到Cooper Standard团队中来主要是由于AltairHyperWorks许可证机制，一种基于unit的许可证机制使用户需要使用软件时调用unit，而不需要时可以释放unit，大家可以共享软件而不需要在每台工作站上都安装许可证。“这种许可证机制是我们采用AcuSolve的主要驱动力，”Lincoln说，“不同的计算机都可以调用同一许可证，当我们不使用AcuSolve时，我们可以不需要任何额外的费用去使用MotionSolve或RADIOSS。我们不再在软件方面显得捉襟见肘。”

Lincoln与Altair团队合作研发了一种基于AcuSolve的定制化工具，该工具很容易使用，使设计工程师在设计初期实现CFD仿真。

另外，Lincoln发现AcuSolve大大加速了产品仿真的周期。“我以前没有意识到它有多强大，”他说，“对于一个全新的水泵设计，我下载了40种不同设计，每种设计有4个或5个部件。仿真评估这些设计目前可以在一周内完成，然而使用之前的CFD软件需要花费一个月。AcuSolve建模更流程化，求解器收敛得更快并仍能保证精确的结果。我可以建立一组三个流动点并在一个晚上就拿到结果，我可以在我本机上用一个晚上时间完成两个模型的计算，并且Altair允许我使用我笔记本上所有4个核。我的下个Windows工作站是16核，HyperWorks许可证机制允许我充分使用它的计算性能。”

结论：

Lincoln阐明了AcuSolve在水泵设计中的价值，同时会提高欧洲市场电动汽车的乘员舒适性。他研发了一项基于AcuSolve的特殊工具满足Cooper Standard的特定需求。

这个工具是无缝集成于Altair前处理器AcuConsole中的高度流程自动化工具，实现Lincoln在几天内获得大量结果。Lincoln将AcuSolve的仿真结果与实验流动测试进行了对比，结果吻合很好。“我对比了10到12个数据点，AcuSolve的仿真结果和实验测试平均仅相差6.3%，”Lincoln说，“这是非常好的精度，而且并没有偏离整个合理区间很多，因此采用AcuSolve我们有很强的信心。

Lincoln说，遵循实验修正的分析结果，采用AcuSolve对后续很多的设计进行评估。“我们剔除掉了一些设计，这节省了实验的成本，我们在不断改进设计以寻求重大性能的提高。”

最终Cooper Standard采用AcuSolve更快地设计出更好的产品。“我们现在CFD仿真的速度可以跟上新方案设计出来的速度，”Lincoln说，“所以我们可以评估很多设计，我们不需要只选择其中一部分进行评估。如果你可以计算更多的模型，你就可以更好地改善设计。快速的CFD结果对我们的工作非常重要。”

AcuSolve在Cooper Standard取得成功的一个关键是与Altair员工的良好合作方式。

Dana 利用Altair SimLab 实现动力总成模型的自动网格划分，大幅节省时间

项目介绍：

Dana控股公司是全球动力传动系统、密封以及热管理技术领域的领军者，始终致力于通过以上技术实现乘用车、商用车以及非公路用车辆的节能减排及其拥有成本的降低。Dana公司拥有25,000名员工，在全球 27个国家设有90多个工程、制以及配送机构。动力总成组件的计算机仿真始终是Dana产品开发流程中至关重要的一个环节，在此仿真中需创建具有25,000多个表面的超大模型。多年来，Dana的工程师们已开发出一套标准化行业方法，用于将CAD设计转化为样品，然后对其进行分析以发现故障点，进而重新设计样品并重新测试，直至产品达到特定要求。

挑战：

尽管采用样品/仿真/重新设计的方法会最终提高组件质量，但是该过程的每一步都极其耗时，因而将导致成本攀升。例如，位于美国伊利诺斯州莱尔市的DanaPower Technologies集团在对气缸盖和发动机缸体模型进行前处理时，需要将几何从 CAD导入，然后再由工程师进行清理，而这往往是一项繁琐的任务。因此，完成模型的网格划分就要耗费一到四天的时间。几年前，Dana的产品开发团队决定采用“first-time-right（一次成功）”的设计方法，采用这种方法可以在构建样品前就对其进行分析，从而缩短了整个设计周期。该过程的核心环节是对仿真模型进行前处理，因此，通过一种新方法提升前处理速度便是当务之急。

解决方案：

CAE部门经理Rohit Ramkumar从Dana的一位汽车制造业客户处得知SimLab后，与Altair一同观看了演示，并在之后获得了试用许可。此外，针对SimLab的功能相对于其他方法的利弊，Ramkumar的同事、Dana高级CAE分析师MarshaMinkov与SimLab的一位设计师展开了长达半天的评估。由于SimLab在节省时间方面的优势显而易见，他们很快便将SimLab整合到建模过程中。

使用传统的工具将仿真模型从CAD导入后，需要频繁进行大范围的清理操作。Ramkumar表示，SimLab 最大的优势便在于使用了原生几何。“这是意义非凡的一步。”他说道，“借助SimLab，我们不再处理转换后的CAD几何，而是直接导入原生几何。SimLab会自动快速地进行几何清理操作。因此，SimLab可以大大缩短前处理所需时间，以往需要四天完成的工作现在仅需四个小时。此外，SimLab还会自动进行网格划分。”

实际上，SimLab可自动进行多项前处理步骤。软件可自动将原生几何从CAD系统中导入、进行网格划分、创建曲面和节点集以及创建接触对，几乎无需用户进行干预。

Altair已与Dana展开合作，共同将SimLab整合到其建模过程中。最初，Altair向Dana演示了如何使用SimLab缩短建模时间。然后，Altair又提供了相关培训，以便于Dana体验SimLab的所有功能。自Dana引入SimLab后，Altair经常通过电话和邮件的方式为其产品开发团队提供技术支持，并为DANA流程量身打造了一套专属程序。

此外，Altair还与Dana一同创建了一组定义明确的设置，无论Dana的工程师们身处何地，均可将这些模板用于发动机模型和其他组件。使用这些模板进行网格划分的所有工程师均会获得具有相同属性的相似网格。令Dana青睐的不仅仅是SimLab 的前处理功能，其界面友好性以及高度的灵活性也令人赞叹不已。同时，SimLab还提供了孔变形绘图和温度插值（来自不同的网格）等后处理功能，为工程师们提供了莫大的帮助。

结论：

借助SimLab，Dana得以将前处理时间从几天缩减为几小时，从而实现了“一次成功”工艺，并得到了持续改进。目前，Dana的很多产品线已全线采用“CAD - 分析 – 样品”方法，而其他产品线上也有80%至90%的产品在使用这种方法。在使用SimLab之前，Dana一直依靠书面文件来记录网格划分的设置和结果。而现在，仅借助SimLab模板，Dana即可与公司在全球范围内的其他机构共享其省时的仿真步骤。“通过在所有分支机构中使用相同的模板，我们便可以借助这些模板控制其他Dana研发中心的网格划分。”Ramkumar说道，“现在，我们的目标是通过简单的鼠标点击即可自动完成整个网格划分过程。”

Ramkumar表示，得益于SimLab的高质量网格划分，Dana针对其大型模型所取得的收敛性已今非昔比。“我们无需再进行切角或复杂的操作即可运行分析。”他说，“因此，我们会获得整体质量更高的分析结果，进而最终生产出性能更加的产品。”

利用HyperWorks 提升机械性能与减轻重量

项目介绍：

Altran 作为工程服务领先供应商，在 Ecoshell 项目中设计一款环保且轻量化的电动城市概念汽车，命名为 "CITI-zen Concept"。Ecoshell 项目的主要目标为采用生物材料、优化机械性能、减轻重量、减少材料和生产成本。Ecoshell 项目是在2011 年 1 月开始的，当时预定时间是三年。在此项目中，Altran 需要验证生物复合材料制成白车身的可行性，以及具备良好的扭转、弯曲及前碰撞性能。为满足产品开发要求，Altran 采用的 HyperWorks 工具包括 MotionView、OptiStruct、HyperMesh、HyperView 和 RADIOSS 等软件应用于概念车研发的流程中。作为全球创新和高科技工程咨询公司，Altran已经给主要的航空、汽车、能源、铁路、金融、医疗和电信公司提供 30 年的服务。从战略规划到产品制造全过程，包括产品开发等的每一阶段。Altran在四个关键领域提供专业知识：产品生命周期管理，机械工程，嵌入和关键系统及信息系统。Altran分布在二十多国家，包括欧洲，美洲和亚洲。

挑战：

Ecoshell 项目产品研发挑战包括使用生物材料满足汽车结构的重量目标、减少零件数量便于生产装配、完美的几何和车身构型、完美的部件形状等。为达到这些目标也同时满足安全、成本和生产的要求，Altran 需要使用成熟软件工具来设计、开发和评估整车及其子系统和零部件的性能。

解决方案：

Altran 采用了 HyperWorks 软件套组，包括不同应用模块，覆盖了所有不同的专业需求。为达到重量目标，白车身优化用的是 OptiStruct，Altair 公司领先的优化技术，帮助工程师减少汽车零件设计，从原先的 27 个零件减到 15 个零件。另外所有零部件均是用 OptiStruct 进行优化达到最低重量并进行强度分析，保证部件的强度要求。MotionView 用来确定部件的动态负载和模拟汽车在路面上行驶得到动态载荷。这个多体动力学分析包括转向、加速度和刹车等模拟。

为准确定义车身零部件材料特性，Altran 工程师先做出实验计划列出所需要的物理测试。这些测试包括：拉伸、弯曲、剪切、碰撞等等。然后工程师根据物理测试数据等效拟合成数值分析需要的材料性能。HyperMesh 用来划分网格，包括所有连接到白车身零件，例如座椅、安全带、连接件、开闭件等等。最后用 RADIOSS 来进行前碰撞分析，最后用 HyperView做生成仿真分析报告。就是这样的流程，所有概念车虚拟开发过程可以在一个 CAE 环境下完成。HyperWorks 帮助 Altran工程师开发了满足所有项目目标的汽车。

结论：

HyperWorks 给 Altran 提供了一个开发环境，这一个软件环境涵盖了开发所需要的所有专业学科。得益于 OptiStruct、HyperMesh、MotionView 和 RADIOSS，Altran 可以实现项目目标。今天整车重量不带电池是 500kg (白车身：100kg) 而在下一步要达到的目标是 400kg (白车身：80kg)。

总体来说，HyperWorks 帮助 Altran：