車燈CFD分析的案例
行業(yè)應(yīng)用方案 | 車燈CFD分析技術(shù)發(fā)展趨勢
一
車燈熱仿真
車燈熱仿真
LED車燈熱仿真
熱點/聚焦分析
PCB熱分析
二
結(jié)霧/除霧仿真
車燈結(jié)霧/除霧過程仿真
快速評估車燈結(jié)霧/除霧的方法
三
仿真中特殊問題
使用Fluent Meshing壓縮網(wǎng)格數(shù)量
Wrapper快速網(wǎng)格方法
快速、準(zhǔn)確的車燈CFD方案
由于高分子材料的耐熱性能較差，所以，工程師總是希望仿真可以獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。傳統(tǒng)上，DO模型可以提供一種較快的解決方法。對于一些對結(jié)果準(zhǔn)確度要求很高的場景，例如熱點的預(yù)測/聚焦分析，F(xiàn)luent還提供了更為準(zhǔn)確的蒙特卡洛模型。針對LED光源，用戶還可以定義輻射的極坐標(biāo)分布，進(jìn)一步提高仿真與現(xiàn)實的吻合程度。
相對于熱計算，除霧計算目前應(yīng)用較少。
展開 車燈CFD分析技術(shù)的發(fā)展趨勢是怎樣？
一、車燈熱仿真
車燈熱仿真
LED車燈熱仿真
熱點/聚焦分析
PCB熱分析
二、結(jié)霧/除霧仿真
車燈結(jié)霧/除霧過程仿真
快速評估車燈結(jié)霧/除霧的方法
三、仿真中特殊問題
使用Fluent Meshing壓縮網(wǎng)格數(shù)量
Wrapper快速網(wǎng)格方法
快速、準(zhǔn)確的車燈CFD方案：
由于高分子材料的耐熱性能較差，所以，工程師總是希望仿真可以獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。傳統(tǒng)上，DO模型可以提供一種較快的解決方法。對于一些對結(jié)果準(zhǔn)確度要求很高的場景，例如熱點的預(yù)測/聚焦分析，F(xiàn)luent還提供了更為準(zhǔn)確的蒙特卡洛模型。針對LED光源，用戶還可以定義輻射的極坐標(biāo)分布，進(jìn)一步提高仿真與現(xiàn)實的吻合程度。
相對于熱計算，除霧計算目前應(yīng)用較少。一個重要的原因是運算量的問題，很多中小規(guī)模的燈廠無法通過購置大規(guī)模的硬件平臺來提高仿真的速度，而很多軟件除霧計算動輒需要數(shù)周以上。Ansys的仿真方案可以使用普通32核的機器在2-3天左右的時間內(nèi)針對復(fù)雜大燈完成詳細(xì)的結(jié)霧/除霧計算。
精確的方案可以使用戶基于成本、造型等角度的選擇更加合適的材料和設(shè)計方案，而快速的仿真過程還可加速整個設(shè)計的迭代過程，為制作商增加寶貴的時間優(yōu)勢。
典型應(yīng)用案例
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Ansys車燈CFD解決方案
盡管CFD仿真在車燈設(shè)計領(lǐng)域中起著非常重要的作用，但由于模型復(fù)雜，計算量大，仿真在實際應(yīng)用中還是受到了一定限制。Ansys結(jié)合具體的應(yīng)用場景，優(yōu)化了從模型處理到求解的一系列仿真過程和方法，可以使用戶在更快的仿真速度下獲得更高的仿真精度。
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熱點/聚焦分析
PCB熱分析
二、結(jié)霧/除霧仿真
車燈結(jié)霧/除霧過程仿真
快速評估車燈結(jié)霧/除霧的方法
三、仿真中特殊問題
使用Fluent Meshing壓縮網(wǎng)格數(shù)量
Wrapper快速網(wǎng)格方法
快速、準(zhǔn)確的車燈CFD方案
由于高分子材料的耐熱性能較差，所以，工程師總是希望仿真可以獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。傳統(tǒng)上，DO模型可以提供一種較快的解決方法。
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仿真中特殊問題
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快速、準(zhǔn)確的車燈CFD方案
由于高分子材料的耐熱性能較差，所以，工程師總是希望仿真可以獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。傳統(tǒng)上，DO模型可以提供一種較快的解決方法。對于一些對結(jié)果準(zhǔn)確度要求很高的場景，例如熱點的預(yù)測/聚焦分析，F(xiàn)luent還提供了更為準(zhǔn)確的蒙特卡洛模型。針對LED光源，用戶還可以定義輻射的極坐標(biāo)分布，進(jìn)一步提高仿真與現(xiàn)實的吻合程度。
相對于熱計算，除霧計算目前應(yīng)用較少。
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相對于熱計算，除霧計算目前應(yīng)用較少。
展開 Art of Simulation | CFD在車燈設(shè)計中的應(yīng)用
一般來說，這些水汽的來源有三個：
高分子組件一般會從環(huán)境中吸收水份，并在外界環(huán)境發(fā)生變化時，重新釋放出來；
外界環(huán)境的水汽通過殼體滲透入燈體內(nèi)部；
外界水汽通過車燈透氣孔進(jìn)入燈體內(nèi)部。
由于大量的車燈為了美觀采用了LED光源，導(dǎo)致配光鏡溫度變得比以前低很多，所以，配光鏡內(nèi)表面更加容易結(jié)霧；同時，除霧也變得困難起來。根據(jù)國外的相關(guān)報告，LED車燈中，約35%的投訴都是與結(jié)霧相關(guān)的（參考文獻(xiàn)2）。由此，車燈廠商、OEM花了大量的財力和精力來進(jìn)行車燈的設(shè)計，以回避上述的熱、結(jié)霧問題，工程師們?yōu)榱嗣蓝I單。本文將從CFD的角度出發(fā)，來向讀者比較完整地介紹Ansys Fluent在車燈設(shè)計上的解決方案。
傳統(tǒng)的車燈熱設(shè)計
使用CFD方法進(jìn)行傳統(tǒng)車燈的熱設(shè)計在工業(yè)界已經(jīng)非常普通（參考文獻(xiàn)3, 4, 5），實際上并不需要我在此多言。不過，由于軟件近幾年的快速發(fā)展，有一點非常有必要提一下。
傳統(tǒng)的CFD工具在進(jìn)行車燈模擬時，多使用四面體和三棱柱網(wǎng)格。但由于車燈中存在大量的殼體和間隙，所以，網(wǎng)格數(shù)量極其龐大。例如，下圖中的一個簡單的霧燈模型。使用四面體（僅一層邊界層），網(wǎng)格總數(shù)達(dá)到了690,388個；而使用相同尺度的多面體網(wǎng)格（加上三層邊界層網(wǎng)格），網(wǎng)格總數(shù)僅214,367個。同時，二者的網(wǎng)格質(zhì)量也相差頗多，在多面體網(wǎng)格中，最差的網(wǎng)格扭斜度約0.75，而四面體的網(wǎng)格扭斜度達(dá)到了0.85。造成這種差距的一個主要原因就是車燈中大量存在的殼體和間隙。
展開 報名 | Ansys Fluent 2022 R1新功能更新
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Moldex3D模流分析之車燈大廠堤維西善用Moldex3D模流分析解決汽車反射鏡包封問題
圖一 本案例中的堤維西汽車頭燈產(chǎn)品
挑戰(zhàn)
產(chǎn)品外觀有明顯的包封現(xiàn)象
須縮短產(chǎn)品研發(fā)時間
解決方案
堤維西利用Moldex3D模流分析解決方案，優(yōu)化澆口位置，進(jìn)而化解包封問題，獲得更佳設(shè)計
效益
成功解決包封問題
減少修改模具次數(shù)和成本
成功縮短產(chǎn)品研發(fā)時間
案例研究
本案例目標(biāo)為解決汽車頭燈產(chǎn)品包封問題。為達(dá)到目標(biāo)，堤維西利用Moldex3D找出最佳澆口位置，提升流動平衡另外，同時進(jìn)行產(chǎn)品厚度優(yōu)化，防止包封產(chǎn)生。
堤維西首先以Moldex3D Solid模擬原始設(shè)計的成型條件，結(jié)果顯示在母模側(cè)肉厚區(qū)域有包封產(chǎn)生。這項缺陷直接對產(chǎn)品外觀造成負(fù)面影響。
為了解決此問題，堤維西進(jìn)行設(shè)計變更，修改了澆口位置(圖二)及包封產(chǎn)生區(qū)域的肉厚(圖三)，接下來再以Moldex3D模擬設(shè)計變更。仿真結(jié)果顯示，新的扇形澆口有效改變?nèi)勰z流動路徑，成功消除了包封，產(chǎn)品外觀也明顯改善。
圖二 原始設(shè)計(左)與設(shè)計變更(右)，澆口位置改變
圖三 原始設(shè)計(左)與設(shè)計變更(右)，包封產(chǎn)生區(qū)域的肉厚改變
堤維西以Moldex3D分別對原始設(shè)計和設(shè)計變更進(jìn)行模擬。在原始設(shè)計中，肉厚突變處出現(xiàn)明顯的流動不平衡現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生包封(圖四)。至于設(shè)計變更，則由于流動行為改變，而沒有出現(xiàn)包封，最后成功制造出外表平滑、無缺陷的產(chǎn)品。最后堤維西進(jìn)行實際試模，并與Moldex3D模擬結(jié)果做比較，發(fā)現(xiàn)二者有高度一致性(圖五)。
圖四 原始設(shè)計(左)有明顯包封產(chǎn)生，設(shè)計變更(右)則沒有包封問題
圖五 優(yōu)化設(shè)計的試模結(jié)果，沒有包封現(xiàn)象
結(jié)果
藉由Moldex3D，堤維西可清楚了解模內(nèi)熔膠流動行為，并在實際制造前預(yù)測潛在的產(chǎn)品缺陷。藉由實際試模，也證實了Moldex3D預(yù)測的準(zhǔn)確度。
展開 案例分享 | 車燈散熱分析
Cradle v14.1增加了最新照明模擬功能。MSC Cradle已有許多輻射拓展功能。MSC Cradle現(xiàn)在為客戶提供可量化的照明模擬，包括圖形光線輸出，以及對半透明和/或多孔材料的支持。這是一個非常強大的汽車照明應(yīng)用工具。
類似高度集成的LSI 和LED 等器械，對那些發(fā)熱量大而小型化的部件如何高效率地散熱是一大課題。即節(jié)能由具有長壽命的高品質(zhì)產(chǎn)品開發(fā)，散熱設(shè)計是不可或缺的。仿真的可視化能使新的設(shè)計概念方便地得以具體的，多方面的評價和考察。
遠(yuǎn)光燈后處理示意圖
近光燈后處理示意圖
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試用SimSolid 對汽車車燈透鏡組模態(tài)分析
模型及SSP文件見網(wǎng)盤：
鏈接：https://pan.baidu.com/s/1FpldV89lRSdPFYvfHRJYZQ
提取碼：p7iz
試用SimSolid 對汽車車燈透鏡組模態(tài)分析 姚博 徐成
汽車燈具作為汽車上一個關(guān)鍵部件，長期工作在振動環(huán)境下, 其剛度強度，以及結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性等對車燈的壽命及使用都非常重要。利用有限元軟件對車燈透鏡組進(jìn)行模態(tài)分析，得到模態(tài)振型圖,找出燈具上結(jié)構(gòu)動力學(xué)設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié),并對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化是當(dāng)前車燈零部件工程師的工作之一。本文針對某車型透鏡組，使用Altair的最新無網(wǎng)格軟件SimSolid及有限元軟件Abaqus進(jìn)行模態(tài)分析，來探究Simsolid的計算精度和效率，供大家學(xué)習(xí)和交流。
探究目的：（1）熟悉SimSolid模態(tài)分析步驟。
（2）利用車燈透鏡組探究SimSolid計算裝配體的精度和效率。
模型信息：
NO.
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模流分析應(yīng)用射出壓縮成型提高車燈透鏡品質(zhì)案例
案例成型問題
本次案例的產(chǎn)品為車燈透鏡，過去是使用玻璃材質(zhì)，由于節(jié)能減碳、車輛輕量化趨勢，以及產(chǎn)能等因素，近來開始使用塑膠材質(zhì)。車燈透鏡的肉厚，通常較一般塑膠產(chǎn)品厚，此案例最厚區(qū)域約20mm，塑膠材料為熱漲冷縮性質(zhì)，在傳統(tǒng)射出成型過程當(dāng)中，高溫熔融塑膠射入模穴內(nèi)，經(jīng)過冷卻收縮后，較厚區(qū)域會收縮較大。靠近澆口與遠(yuǎn)離澆口區(qū)域，因壓力分布差異，而產(chǎn)生收縮差異，進(jìn)而導(dǎo)致形變問題。也由于傳統(tǒng)射出過程中，分子鏈被拉伸而可能導(dǎo)致殘留應(yīng)力的問題，形變與殘留應(yīng)力問題將影響產(chǎn)品的光折射路徑與亮度。
解決方案說明
此案例期望透過射出壓縮成型方式，改善產(chǎn)品的形變與殘留應(yīng)力問題，射出壓縮成型是結(jié)合了傳統(tǒng)射出成型與壓縮成型兩種制程，在充填初始階段，公母模不完全閉合，而是保留一部分間距，當(dāng)塑膠射入模具內(nèi)達(dá)到一定體積時，鎖模機構(gòu)將模具完全閉合，透過閉合的機制，壓縮模穴表面讓熔膠進(jìn)入模穴，完成充填。另外，調(diào)整模具機構(gòu)設(shè)計，可以只針對重點區(qū)域局部壓縮模穴表面，稱為射出模內(nèi)壓縮制程。
透過Moldex3D 之模流分析，可明顯比較出傳統(tǒng)射出成型與射出模內(nèi)壓縮成型兩者制程對于形變以及殘留應(yīng)力之影響。
圖1：射出成型之底部位移
圖2：射出模內(nèi)壓縮之底部位移
結(jié)果與討論
1. 由產(chǎn)品形變探討：圖1 與圖2 為射出成型與射出模內(nèi)壓縮成型之底部翹曲變形，由于射出模內(nèi)壓縮的體積收縮率較小與較均勻，因此底部位移0.1mm，小于射出成型之底部位移0.27mm，其位移降低62%。
2. 由光學(xué)性質(zhì)探討：光程差越大，光學(xué)品質(zhì)越差，射出模內(nèi)壓縮最大總和光程差約2 微米，小于射出成型之3 微米，改善率33%（如圖4、圖5 所示）。總和光彈條紋黑色線條越密集，表示殘留應(yīng)力越大，光學(xué)品質(zhì)越差，射出成型黑色線條較射出模內(nèi)壓縮密集（如圖6、圖7 所示）。
3.
展開 Ansys Speos 汽車照明太陽聚焦光學(xué)仿真分析，車燈設(shè)計方案講解（7月22日直播）
該工具可對汽車內(nèi)外飾燈具等光學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行快速參數(shù)化設(shè)計和修改；可定性/定量進(jìn)行燈具的配光分析、法律法規(guī)驗證、照度模擬分析等；能通過數(shù)字化建模為攝像頭、激光雷達(dá)傳感器等提供測試環(huán)境；還可進(jìn)行HUD光路設(shè)計，優(yōu)化反射鏡和組合器的光學(xué)形狀。
7月22日，Ansys官方研討會『Speos 汽車照明太陽聚焦光學(xué)仿真分析』對汽車照明太陽聚焦光學(xué)進(jìn)行仿真分析，感興趣的下滑預(yù)約學(xué)習(xí)??
時間：7月22日（星期二），16：00-17：00
內(nèi)容簡介：汽車車燈對于行車安全至關(guān)重要，隨著汽車頭燈模組的廣泛應(yīng)用，使頭燈更具科技和美觀的同時，太陽光通過透鏡聚焦在裝飾件上的灼燒問題同樣不可忽視。當(dāng)聚焦的太陽光溫度過高，輕則會影響頭燈裝飾件變形，重則會牽連整車電路，引發(fā)安全性問題。如何在設(shè)計前期，快速定位太陽聚焦問題，預(yù)判太陽光灼燒區(qū)域至關(guān)重要。Speos工具可以進(jìn)行詳細(xì)的光學(xué)仿真預(yù)測，能夠在短時間內(nèi)快速計算全天候陽光在燈具內(nèi)部的聚焦情況，定位灼燒區(qū)域，輸出熱點能量，為產(chǎn)品設(shè)計提供優(yōu)化方向，降低設(shè)計風(fēng)險。
講師：
劉洋 | Ansys高級應(yīng)用工程師
負(fù)責(zé)Ansys Speos光學(xué)仿真產(chǎn)品，為汽車客戶提供光學(xué)解決方案、咨詢和技術(shù)支持工作。在汽車照明設(shè)計、駕駛艙內(nèi)飾人機工效分析、光學(xué)系統(tǒng)成像領(lǐng)域有豐富設(shè)計仿真經(jīng)驗。
形式：線上
費用：免費
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技術(shù)鄰簡介：
技術(shù)鄰專注于工科技術(shù)社區(qū)，從最早的CAE技術(shù)社區(qū)（中國CAE聯(lián)盟）發(fā)展而來，在CAE領(lǐng)域有20年的教學(xué)和咨詢服務(wù)經(jīng)驗。
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