行業(yè)：汽車

    挑戰(zhàn)：開發(fā)公共汽車側(cè)翻試驗的自動 化流程

    Altair 解決方案：在HyperWorks中分別采用 HyperMesh和RADIOSS作為前 處理和求解器，開發(fā)可以針對每 個側(cè)翻試驗流程進行定制的模 板。

    優(yōu)點：獲得可重復(fù)的一致結(jié)果，同時節(jié) 省大量分析時間。

    背景介紹 

    安全可靠的交通運輸對于維護英國社會經(jīng)濟的穩(wěn)定至關(guān)重要。人們最常用的交 通工具之一便是公共汽車，因為它價格實惠、簡單實用而且四通八達。這樣，在公 共汽車和客車發(fā)生側(cè)翻事故時保護乘員安全就顯得十分必要。 

    1986 年，UN ECE R66 標(biāo)準(zhǔn)正式頒布實施。該標(biāo)準(zhǔn)明確定義了進行客車側(cè)翻 物理試驗時所必須遵循的一套流程和參數(shù)。為證明合規(guī)性，需要進行全面的車輛側(cè) 翻試驗、對車體部分的側(cè)翻或橫擺試驗，或讓相關(guān)計算結(jié)果達到審批機構(gòu)的要求。 

    事實證明，客車側(cè)翻物理試驗需要重復(fù)進行，耗時費力，而且準(zhǔn)備過程極其復(fù) 雜，會容易影響結(jié)果的準(zhǔn)確度。

    Alexander Dennis Ltd (ADL)是英國領(lǐng)先的公共汽車和客車制造商，擁有約 2000 名員工，遍布在英國、亞洲和北美地區(qū)的各大工廠。 

    ADL致力于生產(chǎn)多種創(chuàng)新、節(jié)能的低地板式單、雙層公共汽車，同時還提供完 整的客車產(chǎn)品組合。 

    他們曾采取一種準(zhǔn)靜態(tài)方式進行側(cè)翻試驗，基于物理試驗中得出的各系數(shù)進行 計算。然而，最近業(yè)內(nèi)對減輕車輛重量和開發(fā)更優(yōu)化結(jié)構(gòu)的需要日趨明顯，這讓他 們迫切需要一種更靈活的試驗方法。 

    ADL啟動了一個項目，旨在找到一種證明ECE R66 標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性的新途徑，并 且要求這個新途徑與行業(yè)需求、制造方法和ADL現(xiàn)有的能力水平相匹配。他們心目 中的理想方法應(yīng)當(dāng)能夠自動完成車輛有限元 (FE)模型的設(shè)置和前處理過程，以便 進行車輛側(cè)翻仿真，同時減輕車體重量并優(yōu)化車身結(jié)構(gòu)。 

    ADL選擇了Altair HyperWorks來實施所需方法，并采用RADIOSS作為該項目 的求解器。在過去的20多年中，RADIOSS一直是高速撞擊仿真領(lǐng)域的行業(yè)主流產(chǎn) 品。汽車和航空航天企業(yè)借助 RADIOSS來了解和預(yù)測復(fù)雜環(huán)境中的設(shè)計狀態(tài)，對 其發(fā)揮的巨大作用給予了高度認可。RADIOSS與HyperWorks環(huán)境緊密集成后，便 成為一個功能強大的設(shè)計工具。

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    “我們的 FEA 模型擁有一致、可重復(fù)的設(shè)置，這使我們能夠以前所未有的低成本開發(fā)側(cè)翻結(jié)構(gòu) 并運行假設(shè)場景?！?nbsp;

                                                                                                              Laurence Wood 

                                                                                                              Team Leader, Test & Development 

                                                                                                              Alexander Dennis Ltd                                                                                                              

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    解決方案

    “流程管理器”模板開發(fā) 

    該項目的著手點是Altair提供的一款現(xiàn)有簡易側(cè)翻模板。該模板完成了一系列基本任務(wù)，例如加載模型、整合生存空間 以及創(chuàng)建側(cè)翻起點平臺和撞擊地面。 

    為評估現(xiàn)有側(cè)翻模板的適用性并全面了解它與車輛分析模型的交互情況，技術(shù)人員在HyperMesh中建立了一個完整的 客車結(jié)構(gòu)模型。之后，Altair對現(xiàn)有模板進行了修改，從而提升其適用性以符合R66 標(biāo)準(zhǔn)的要求。 

    這個模板中有幾個關(guān)鍵方面進行了改進，以便提供準(zhǔn)確的前處理報告、縮短分析時間并加快后處理速度。

   

                                                                                 開發(fā)側(cè)翻模板所使用的完整車輛側(cè)翻仿真

                                                                                 RADIOSS 有限元模型

                                                                                 側(cè)翻物理試驗

    首先改進的關(guān)鍵方面是與車輛坐標(biāo)系相應(yīng)的軸方向。當(dāng)時該模板考慮到了使用多種坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)的可能性，因此使用戶 可以選擇最適合的一種坐標(biāo)系標(biāo)準(zhǔn)。在該模板中，還可以讓傾斜平臺上的擋塊高度多樣化。這是因為要實現(xiàn)準(zhǔn)確的側(cè)翻仿 真，可能需要多個變量和模型條件。

    模板會自動創(chuàng)建車輛的車輪/輪胎與擋塊平臺之間的接觸點，以確保模型可以正確離開平臺。

    在定義車輛翻滾方向時以駕駛員為著眼點，包括將原始模板中的參照從左側(cè)駕駛換為右側(cè)駕駛（英國行車標(biāo)準(zhǔn)為右側(cè) 駕駛）。此外，在模板中還可以根據(jù)模型單位選擇不同的重力單位。

    在創(chuàng)建該模板時考慮了車輛的三種穩(wěn)態(tài)條件：無坡度平面、帶擋塊的傾斜平面以及包括克服摩擦力與反作用力載荷的 帶擋塊傾斜平面。在該模板中可以選擇一個失穩(wěn)角度，同時還會施加與這個失穩(wěn)條件相關(guān)聯(lián)的所需角速度。模板中還添加 了變速摩擦條件。

    在這種改進過程中，該側(cè)翻模板進行了形式化，以確保按照正確順序?qū)τ邢拊Ｐ瓦M行前處理，從而保證應(yīng)有的謹慎 性，同時還讓用戶可以通過設(shè)置先決條件變量來從物理角度準(zhǔn)確呈現(xiàn)車輛狀況。

    為滿足Alexander Dennis的自身要求和審批機構(gòu)的要求，分析的重點集中于物理試驗和HyperWorks生成的相同試驗間 的比較。 

    除了一個側(cè)翻平臺，還建立了一個實體的單艙車輛試樣，以便按照R66 標(biāo)準(zhǔn)的要求來執(zhí)行可控、可重復(fù)的試驗。在進 行這項物理試驗的同時，還使用該試樣的一個單獨外包的有限元模型對同一場景進行仿真。該模型同時通過改進后的流程 管理器模板和手動設(shè)置完成前處理。                                                                    

    結(jié)論 

    始終獲得精確的結(jié)果 

    對有限元模型運行與物理試驗進行初始對比后，發(fā)現(xiàn)無論是物理運動，還是撞擊后變形形狀，兩者都體現(xiàn)了良好的相 關(guān)性。通過該側(cè)翻模板，幾乎無需操作人員的干預(yù)便可以快速、重復(fù)地對適合的車輛有限元模型進行前處理。 用戶還可以 在前處理創(chuàng)建期間設(shè)置關(guān)鍵變量，而對有限元模型施加的初始失穩(wěn)角速度則采用保守的“最壞情況”方法，在縮短計算時間 和提高撞擊速度之間取得協(xié)調(diào)。 

    借助HyperWorks，即使每次都是由不同的分析人員執(zhí)行該任務(wù)，也可以獲取準(zhǔn)確、可重復(fù)的一致結(jié)果，同時還大幅縮 短了分析時間。

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