SFE-CONCEPT的案例
SFE Concept 是什么？
SFE CONCEPT軟件可以由其參數(shù)化幾何模型自動(dòng)生成有限元模型，進(jìn)而實(shí)施概念評(píng)估。新的有限元模型能根據(jù)每一輪新的設(shè)計(jì)變量自動(dòng)快速生成。每一輪新的設(shè)計(jì)修改都能快速方便的提交仿真分析運(yùn)算，來(lái)評(píng)估修改方案對(duì)各種重要性能的影響。
SFE CONCEPT的核心理念就是“CAE驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)"。它可以幫助實(shí)現(xiàn)大量的拓?fù)涓拍钤O(shè)計(jì)并且對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行各種關(guān)鍵工況下的評(píng)估，還可以通過(guò)形狀、尺寸和材料的優(yōu)化來(lái)平衡車身設(shè)計(jì)。
其主要功能可總結(jié)如下：
a. 快速進(jìn)行汽車結(jié)構(gòu)初步方案設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)初期階段缺乏CAD模型的情況下或在現(xiàn)有CAD/FEM模型的基礎(chǔ)上，采用拓?fù)潋?qū)動(dòng)的方法快速方便地實(shí)現(xiàn)幾何模型建立和修改。
b. 在所有設(shè)計(jì)級(jí)別采用隱式全參數(shù)化描述，通過(guò)對(duì)模型拓?fù)潢P(guān)系的描述，自動(dòng)計(jì)算生成所有幾何體，保持幾何和拓?fù)潢P(guān)系的兼容性。
c. 部件之間的裝配采用智能連接技術(shù)，快速實(shí)現(xiàn)對(duì)子裝配體，甚至系統(tǒng)級(jí)裝配體的建立和修改。
d. 采用獨(dú)特的自動(dòng)網(wǎng)格劃分算法，根據(jù)幾何模型的變化，實(shí)時(shí)產(chǎn)生附帶連接關(guān)系(如鉚接、焊點(diǎn)、焊縫、膠粘、螺栓等)的高質(zhì)量有限元模型。
e. 模塊化結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，確保了幾何模型和有限元分析模型的可重復(fù)利用性。
f. 能同時(shí)對(duì)多種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行快速結(jié)構(gòu)拓?fù)洳季峙c優(yōu)化評(píng)估，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)形狀、拓?fù)潢P(guān)系、材料、厚度等方面的優(yōu)化來(lái)改善結(jié)構(gòu)的重要特性。采用少數(shù)變量控制大量參數(shù)變化的技術(shù)，使得多參數(shù)優(yōu)化后臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
g. 可以與眾多結(jié)構(gòu)和優(yōu)化分析軟件相集成，如：ABAQUS，ANSYS，LS—DYNA，NASTRAN等。
2.軟件的特點(diǎn)展示
接下來(lái)使用一個(gè)小例子展示SFE的基本功能。
a. 首先創(chuàng)建兩個(gè)點(diǎn)，進(jìn)而創(chuàng)建一條基線。
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內(nèi)容95%的內(nèi)容為原創(chuàng)，本人自2012年來(lái)做了不下10個(gè)車型的SFE項(xiàng)目，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，這本教材也是這幾年一點(diǎn)點(diǎn)碼字碼出來(lái)的，涵蓋了本人的所有SFE技巧。備注：教程更改格式，降低了頁(yè)數(shù)，內(nèi)容未變。
內(nèi)容包括：
1.軟件操作篇，其中包含了建模技巧，不單單是操作。我也有一個(gè)課程是建模實(shí)例詳解，雖然能夠詳細(xì)的講解建模過(guò)程，但是沒(méi)有包含相關(guān)的問(wèn)題處理技巧及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。例如，在車身建模時(shí)，如何處理復(fù)雜Map。
2. 模塊化建模篇，詳細(xì)講解了乘用車每個(gè)零件的創(chuàng)建流程，白車身裝配流程。創(chuàng)建符合規(guī)范要求的模型。
3.數(shù)據(jù)庫(kù)使用篇，詳細(xì)講解了，若是創(chuàng)建模型數(shù)據(jù)庫(kù)，相應(yīng)的創(chuàng)建流程及規(guī)范要求。
4.模型結(jié)構(gòu)調(diào)整篇，模型如何進(jìn)行尺寸、形狀、造型調(diào)整方式
5.結(jié)構(gòu)優(yōu)化篇，詳細(xì)講解了，如何在HyperStudy、Isight中創(chuàng)建多目標(biāo)優(yōu)化流程。
全文共17萬(wàn)余字，900多頁(yè)。貨真價(jià)實(shí)。目錄詳見(jiàn)文章底部。
內(nèi)容截圖：
目錄
序言... 1
前言... 2
目錄...
展開(kāi) 汽車結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)中的常見(jiàn)的CAE優(yōu)化方法
比較經(jīng)典和常用的參數(shù)化模型是SFE Concept模型，上述拓?fù)鋬?yōu)化解讀時(shí)，解讀的方案可能有多種。如果采用傳統(tǒng)方式，需要重復(fù)修改幾何模型，并重新劃分有限元網(wǎng)格計(jì)算，比較費(fèi)時(shí)。為了快速的實(shí)現(xiàn)路徑研究與多方案比較，采用全參數(shù)化SFE Concept 模型。通過(guò)建立全參數(shù)化的模型來(lái)實(shí)現(xiàn)方案之間的快速變換及零部件的共享，并快速生成有限元模型，從而提高模型的利用率，加快仿真速度。
以某前艙的載荷路徑規(guī)劃與方案研究為例，根據(jù)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果，可以采用全參數(shù)化SFE Concept 模型根據(jù)載荷路徑規(guī)劃進(jìn)行的多方案設(shè)計(jì)，并且對(duì)選定方案的具體截面等尺寸進(jìn)行DoE、參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)等，快速得到優(yōu)化方案。
（圖源于參考文獻(xiàn)）
4.總結(jié)
下圖顯示了使用各優(yōu)化方法后零件的變化
（圖源于參考文獻(xiàn)）
無(wú)論哪種優(yōu)化方法，總有其自身的利弊和適合應(yīng)用的場(chǎng)景，工程師在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，需要結(jié)合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所在的階段以及所需解決的問(wèn)題，選擇合適的優(yōu)化方法，支持產(chǎn)品的優(yōu)化和開(kāi)發(fā)。
盡管隨著理論和軟件應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，各種優(yōu)化方法和高效便捷的軟件會(huì)層出不窮，但對(duì)每個(gè)工程師而言，經(jīng)驗(yàn)的積累，以及識(shí)別問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力是最重要的。
參考文獻(xiàn)：
[1] 張肖剛, 傅曉錦. 基于SIMP理論的鞍座支架拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程, 56(10):105-108.
[2]JUNGBernice, YANG Charles, XU Simon.
展開(kāi) SFE Concept 兩個(gè)零件連接(Map:映射)
上一帖子講述了在同一個(gè)模型上，如何實(shí)現(xiàn)鈑金連接，接下來(lái)演示兩個(gè)不同的零件如何進(jìn)行連接，這里用到的功能是Map，準(zhǔn)備工作是建好模型，附好屬性、焊接邊屬性。
首先建立一個(gè)下圖所示的模型。
附好屬性及焊接邊屬性，需要注意焊接邊屬性的方向需要與焊接的方向一致
此時(shí)生成網(wǎng)格，兩者并沒(méi)有產(chǎn)生連接
接下來(lái)需要進(jìn)行Map操作，選擇Map的對(duì)象：上方零件的兩個(gè)焊接邊，選擇Map的目標(biāo)：下方整個(gè)平面。選擇Map的方向，指向下方的平面，最后點(diǎn)擊Create完成
可以查看Map后的效果，焊接邊與平面貼合在一起，顏色也發(fā)生了變化，這種顏色顯示此處有兩層鈑金。
最后生成網(wǎng)格檢查效果，可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)模型產(chǎn)生了焊點(diǎn)連接。
SFE Concept與hyperMorph網(wǎng)格變形對(duì)比（個(gè)別圖片為動(dòng)畫）
對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀的改變，SFE及HypeMorph都可以勝任，各有優(yōu)劣。
1.變形質(zhì)量：SFE自帶的有限元網(wǎng)格自動(dòng)重新劃分功能，保證了變形后的網(wǎng)格不會(huì)出現(xiàn)畸形；HyperMorh只能在現(xiàn)有的網(wǎng)格上變形，無(wú)法重新劃分，需要有充足的緩沖空間
2.難易程度：SFE必須有SFE模型為基礎(chǔ)，而HyperMorph可以直接在現(xiàn)有的網(wǎng)格上處理，一定程度上更實(shí)用
3.結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面：SFE的網(wǎng)格自動(dòng)劃分，使變形質(zhì)量高，計(jì)算結(jié)果也更精確，需要結(jié)合Isight或者HyperStudy進(jìn)行集成優(yōu)化；HyperMorph雖然質(zhì)量差一些，但是在白車身剛度、模態(tài)方面，仍然滿足要求，結(jié)合Optistruct的截面優(yōu)化，可以快速的進(jìn)行靈敏度分析、優(yōu)化。
4.時(shí)間方面：SFE模型優(yōu)化(按單臺(tái)服務(wù)器計(jì)算)，幾百的樣本點(diǎn)估計(jì)用時(shí)5個(gè)晝夜，Optistruct僅需要1個(gè)小時(shí)。
接下來(lái)用兩種方式實(shí)現(xiàn)橫梁平移、截面縮放
1.SFE通過(guò)平移橫梁的基點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整體的移動(dòng)，可以大范圍的變形
HyperMorph需要定義變形體，實(shí)現(xiàn)平移的功能
2.通過(guò)SFE進(jìn)行截面變形有兩種方式：截面縮放、基截面形狀改變
使用HyperMorph需要根據(jù)變形的不同定義不同的變形體
展開(kāi) SFE Concept 焊層控制
SFE可以自動(dòng)生成焊點(diǎn)，同時(shí)也可以對(duì)連接的焊層進(jìn)行控制。接下來(lái)用一個(gè)四層焊的板進(jìn)行演示。包含的板如下圖所示。
1.首先認(rèn)識(shí)一下焊層的代號(hào)，1/2/3/4分別代表了SFE中的a/b/c/d，代表了四層，其中a=2、b=3、c=4、d=5，對(duì)應(yīng)的順序與定義多層焊邊時(shí)的方向有關(guān)。
2.定義一個(gè)焊點(diǎn)屬性，默認(rèn)焊層為abc；cde，相當(dāng)于按一定間隔，分別連接abc和cde。此處沒(méi)有第五層，所以連接的是cd。
3.在允許的前提下可以連接四層，焊層改為abcd。
4.如果將焊層改為abc，則無(wú)法焊接到第4層。
5.焊層改為abc；ab，則會(huì)等間隔，連接abc和ab。
6.靈活的使用焊層設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)不同層之間的焊接，下圖焊層為abcd；bc。
展開(kāi) SFE Concept 建模模型分塊
接下來(lái)將演示如何實(shí)現(xiàn)零件分塊實(shí)現(xiàn)焊接，如下圖所示的情況，在實(shí)際中是非常常見(jiàn)的。
首先建一個(gè)梁，對(duì)于上圖的情形，只要建一個(gè)梁即可。
給梁賦予屬性及焊接邊屬性(忽略了賦予過(guò)程及焊點(diǎn)屬性創(chuàng)建過(guò)程)，生成網(wǎng)格檢查效果。
接下來(lái)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)鈑金搭接的操作。
1.在梁上插入兩個(gè)截面，對(duì)分割的區(qū)域賦予新加的屬性
2.主要的問(wèn)題是定義焊接邊屬性，其中1所指示的位置，包含了三層焊接(紅、綠、紫)，2所指示的位置，包含了兩層焊接(綠、紫)，3所指示的位置，包含了兩層焊接(紅、紫)，需要?jiǎng)?chuàng)建3個(gè)焊接邊屬性。
3.將新創(chuàng)建的屬性賦予到對(duì)應(yīng)的位置(注意選擇屬性的順序與焊接邊指示方向一致)
4.接下來(lái)可以生成網(wǎng)格，檢查效果。
SFE Concept 主點(diǎn)與從點(diǎn)
SFE中的點(diǎn)分為主點(diǎn)與從點(diǎn)，主點(diǎn)之間相互獨(dú)立，主點(diǎn)與從點(diǎn)之間有所關(guān)聯(lián)，下面建立兩個(gè)主點(diǎn)-主點(diǎn)、主點(diǎn)-從點(diǎn)的梁進(jìn)行演示。
將從點(diǎn)與主點(diǎn)沿Y負(fù)向偏移50mm，兩個(gè)梁發(fā)生相似的變形
將兩個(gè)梁的主點(diǎn)，沿著X正向偏移50mm，帶有從點(diǎn)的梁發(fā)生整體平移，而另一個(gè)梁被壓縮
將兩個(gè)梁的的主點(diǎn)沿著Y負(fù)向偏移50mm，帶有從點(diǎn)的梁發(fā)生整體平移，而另一個(gè)梁傾斜
以上操作說(shuō)明：
主點(diǎn)之間相互獨(dú)立
從點(diǎn)與所從屬的主點(diǎn)移動(dòng)完全一致
從點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)不影響主點(diǎn)
SFE Concept 連接(焊點(diǎn)、結(jié)構(gòu)膠)
前期設(shè)計(jì)中，一般只有簡(jiǎn)單的幾何數(shù)據(jù)，焊點(diǎn)數(shù)據(jù)沒(méi)有或者不全，這時(shí)需要SFE自動(dòng)生成焊點(diǎn)。建立模型，使用默認(rèn)的40mm間距的焊點(diǎn)生成模型。
1.可以新建一個(gè)不同間距的焊點(diǎn)屬性，此處為20mm，生成網(wǎng)格，焊點(diǎn)自動(dòng)更新
2.創(chuàng)建結(jié)構(gòu)膠，對(duì)于車體、頂蓋區(qū)域、玻璃，需要不同的膠。可以創(chuàng)建不同的粘膠類型。此處創(chuàng)建了一種結(jié)構(gòu)膠用于演示。
3.激光焊接(不同于激光拼焊)。焊點(diǎn)生成類型可以自己切換。
4.對(duì)于當(dāng)前常用的結(jié)構(gòu)膠+焊點(diǎn)也可模擬，只需要在焊接邊屬性上同時(shí)選擇焊點(diǎn)+結(jié)構(gòu)膠即可。
以上只是講解，不涉及具體操作。
SFE Concept 功能展示：變形、網(wǎng)格自動(dòng)生成
利用上一帖的模型，繼續(xù)插入兩個(gè)截面
修改中間兩個(gè)截面的截面形狀，高度降低20mm
2.保存截面后，梁的形狀隨之改變。
3.接下來(lái)切換到屬性視圖，圖示的顏色說(shuō)明未賦予屬性
4.我們希望將這個(gè)梁做成一個(gè)兩塊板焊接在一起的梁。首先賦予第一個(gè)屬性(全部賦予也沒(méi)問(wèn)題)
5.然后在上方賦予第二個(gè)屬性，在箭頭指示的位置為焊接邊
6.賦予焊接邊屬性，其中包含了焊點(diǎn)信息
7.接下來(lái)就可以生成網(wǎng)格檢查效果
8.把截面進(jìn)行調(diào)整后，可以再次自動(dòng)重新劃分網(wǎng)格，與改變形狀后的幾何一致
以上僅僅簡(jiǎn)單介紹，焊接邊的處理需要配合截面預(yù)先定義，處理方法多樣。
直播預(yù)告-基于機(jī)器學(xué)習(xí)的車輛行人保護(hù)頭部仿真研究
本期海克斯康直播講堂請(qǐng)到了嵐圖汽車科技有限公司整車輕量化仿真專家段文立，聯(lián)合海克斯康技術(shù)專家常誠(chéng)為我們分享ODYSSEE基于機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于行人保護(hù)頭部碰撞仿真快速精確預(yù)測(cè)，通過(guò)實(shí)際案例從概念階段SFE-Concept參數(shù)化建模、機(jī)器學(xué)習(xí)快速預(yù)測(cè)行人保護(hù)頭碰加速度和HIC值、多學(xué)科優(yōu)化平衡各性能矛盾等方面，為我們?nèi)嬷v解如何應(yīng)用ODYSSEE應(yīng)對(duì)當(dāng)前挑戰(zhàn)。趕快預(yù)約報(bào)名吧！
2月28日 14:00
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市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈和消費(fèi)理念升級(jí)決定著汽車產(chǎn)品需要快速迭代，各大主機(jī)廠都在盡量壓縮整車研發(fā)周期，以期在更短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)出更加優(yōu)秀的產(chǎn)品。消費(fèi)端則隨著整體的消費(fèi)升級(jí)，汽車由增量市場(chǎng)向存量市場(chǎng)轉(zhuǎn)化。安全作為一個(gè)重要的競(jìng)爭(zhēng)點(diǎn)，包括主動(dòng)安全和被動(dòng)安全兩個(gè)方面。據(jù)歐盟國(guó)家統(tǒng)計(jì)，交通事故中行人的死亡率是乘員的9倍。而目前常見(jiàn)的較激進(jìn)造型、貫穿式大燈、塑包鋼風(fēng)道等以及鋁合金材料的應(yīng)用，對(duì)行人保護(hù)的仿真和設(shè)計(jì)提出更多的挑戰(zhàn)。
無(wú)論是項(xiàng)目周期的壓縮還是法規(guī)更加嚴(yán)苛，亦或車輛造型、材料各方面的不斷推陳出新，都給整車仿真工作提出了更大的挑戰(zhàn)。這也促進(jìn)整車仿真行業(yè)方法更新?lián)Q代和效率的不斷提升。
概念階段SFE參數(shù)化建模
概念階段常用的分析手段為基于隱式參數(shù)化建模工具SFE Concept進(jìn)行參數(shù)化模型搭建和性能優(yōu)化。該方法基于主要斷面、發(fā)罩與車身分縫、造型及總布置數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)罩模型搭建。根據(jù)布置等需求，挑選內(nèi)板傾斜角度、加強(qiáng)筋間距、寬度等作為參數(shù)化研究的對(duì)象。其中內(nèi)板前后端腔體大小變化（傾斜角）創(chuàng)建2個(gè)變量；主筋高度為1個(gè)變量；主筋間距為2個(gè)變量；主筋寬度為2個(gè)變量（左右對(duì)稱）；共計(jì)9個(gè)形狀變量。
圖1.
展開(kāi) 
isight集成SFE進(jìn)行剛度、模態(tài)優(yōu)化詳細(xì)過(guò)程 ￥120
4.1 Isight集成SFE操作流程
SFE的優(yōu)化是借助外部?jī)?yōu)化軟件實(shí)現(xiàn)的，常用的是Isight集成軟件，接下來(lái)的優(yōu)化流程以Isight講解。
4.1.1 文件準(zhǔn)備
優(yōu)化集成前，需要準(zhǔn)備好所有的文件。
SFE相關(guān)文件
1.
已定義變量的SFE模型
2.
Con文件
3.
Mac變量文件
4.
計(jì)算文件
批處理文件
1.
SFE批處理文件
2.
模型計(jì)算批處理文件
SFE相關(guān)文件在變量定義時(shí)已準(zhǔn)備好，接下來(lái)是批處理文件的編寫。創(chuàng)建一個(gè)后綴為bat的文件，右鍵編輯，批處理文件的格式為：軟件位置 模型名稱。
SFE批處理文件：
C：\SFE\CONCEPT\v4.5.0.1\bin\concept.cmd SFE.con
計(jì)算批處理文件(Nastran為例)：
C：\MSC.Software\MSC_Nastran\20140\bin\nastran.exe SFE.bdf
4.1.2 基本流程創(chuàng)建
4.1.2.1 新建Isight
打開(kāi)Isight軟件，顯示如下圖，首先保存Isight模型(后綴為zmf)到存放計(jì)算文件的文件夾內(nèi)。
點(diǎn)擊下圖中的紅色按鈕(Model Properties)。
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