车辆仿真设计多属性开发平台LMS Virtual.Lab - 文章

车辆仿真设计多属性开发平台LMS Virtual.Lab

作者：LMS公司北京代表处

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引言：LMS Virtual.Lab是由以振动噪声、疲劳、操稳性工程解决方案著称的LMS国际公司推出的全球第一个功能品质工程集成解决方案，开创性地在一个统一的平台上进行结构动力学建模和分析、系统级振动噪声、多体动力学、耐久性、声学、操稳性分析以及上述属性间的多属性优化，使仿真设计真正迈向以功能品质属性为目标的功能化设计，大大提升了仿真设计在产品开发中的功能性和指导性，为仿真设计的致臻目标“Design-right-first-time”的实现提供了独一无二的平台。

LMS Virtual.lab平台中，结构动力学建模和分析、系统级振动噪声、声学、多体动力学、耐久性以及设计优化一气合成，真正实现CAE驱动的功能品质设计，即在CAD原型确定前就可对产品设计进行功能属性预测。开发工程师不必再像以往一样在不同的分析工具间切换，节省了转换大量数据格式的时间和精力。另外Virtual.Lab中提供的基于多年工程经验凝集而成的工程项目流程式树式操作界面，使开发工程师对设计中所采用的步骤及设计单元一目了然，参数修改可直接自动更新并计算出对多个设计属性的影响，在短时间内轻松实现多参数设计优化，大大提高了效率。同时，作为一个开放的环境，LMS Virtual.lab实现了与主流CAD、CAE和试验数据的无缝连接。其特有的混合仿真（hybrid simulation）技术，将基于试验的模型和载荷与仿真模型相结合，试验数据对仿真模型的验证大大提升了设计仿真的准确性及可靠性。

LMS Virtual.Lab自2001年在全球首推以来，以每年一个大版本的速度不断增加新的功能，每一个大版本的更新都溶入了上百个最新的业界技术。在全球汽车、航空、航天、家电及工程机械的仿真设计领域得到了广泛应用。

LMS Virtual.Lab优异的功能品质设计特性、高效精确的设计性能以及对全队开发的支持，得到了全球领先的汽车厂商广泛认同，如法国标致公司确立LMS Virtual.Lab作为车型结构设计工程的标准平台。LMS Virtual.Lab也同时在航空、工程机械、家电、电子产品及特种车辆业界被作为标准的设计平台。

新近推出的Virtual.Lab第七版支持64位数据处理，提供了强大的处理功能，能够轻松处理各种复杂的仿真模型，特别对于汽车仿真增强了操稳性仿真功能，进一步提升仿真效率和精度。

一、LMS Virtual.Lab Motion（多体动力学）第七版

LMS Virtual.Lab Motion（多体动力学）提供了专业的解决方案模拟车辆的平顺性和操纵性，从乘用车到运动车辆直至多轴车辆，如卡车和公共汽车。LMS Virtual.Lab Motion第七版新增车辆和驾驶员相互作用的仿真功能，加速了整车模型的创建，并能够与其他开发部门更平稳地交换模型。

1.真实的整车仿真

LMS Virtual.Lab Motion在第七版中推出新的仿真工具，加速了车辆建模流程，进一步减少开发流程中的误差。LMS Virtual.Lab Motion提供预定义参数化的悬架设计库，包括双A臂悬架、麦弗逊式悬架（McPherson）、多连杆和四连杆悬架系统。真实的汽车仿真不仅需要创建详细的底盘模型，还必须能够精确表述大量复杂的车辆子系统，如汽车转向、制动和动力传动系统。LMS Virtual.Lab Motion在第七版中特别针对这些子系统，提供了专业的参数化模型，能够在汽车模型中方便地集成所有相关的点、部件和连接。

LMS公司在软件中集成了由德国IPG汽车公司研发的符合工业标准的驾驶员模型，增加了驾驶员模型对汽车动态模型作用力和反作用力的仿真功能。通过计算汽车模型的输入数据（这些数据是由驾驶员模型的动作产生的，如启动、制动或离合器操作、换档和转弯）IPG-DRIVER能够真实地构建各种主动式和被动式驾驶模式。利用LMS Virtual.Lab Motion与IPG-DRIVER的高度集成，工程师在仿真汽车闭环操作的同时，还可以考虑驾驶员的行为和响应。

2.赛车仿真

LMS公司与世界领先的NASCAR赛车队合作开发项目，LMS Virtual.Lab Motion为专业的赛车队提供专业仿真解决方案。软件可以直接访问汽车模型中的相关参数，用户能够快速有效地浏览汽车装配、动态仿真和分析结果的电子文档。LMS Virtual.Lab Motion能够在系统后台自动化完成各种分析计算，包括稳态转向、动态操作、7柱台架试验或运动学和适应性试验。NASCAR车队的专家们非常赞赏LMS仿真解决方案便捷的用户界面和软件的高效性，帮助他们在虚拟赛道上研究整车性能，如图1、图2所示。

图1 集成了驾驶员与汽车间的相互作用仿真功能

图2 按照特定工程项目设置浏览界面

3.进一步提高仿真效率和精确度

工程师面临的最大挑战之一，是如何保证复杂机械系统的动态性能与设计规格相匹配。他们希望大量的零部件能够在真实的条件（如应用载荷、重力和摩擦力作用）下，按照设计方案相互作用和运动。LMS Virtual.Lab Motion为了应对这些问题，在第七版中进一步完善功能、增加新的求解器技术和模块，提高了真实多体仿真的效率和精确度。

4.先进的柔体建模和处理功能

很多轻型部件的仿真（如汽车的天窗或飞机机翼的襟翼机械装置）依赖于滑板和滚珠模型的精密度和可靠性，即使零部件受工作载荷情况下呈现明显变形后仍然如此。LMS Virtual.Lab Motion新增的Flex-to-flex Surface Contact弯曲面接触功能有助于解决这一问题。新增模块是现有刚体接触模块的扩展项，它是专为仿真运动过程中相互接触的两个部件的柔性变形而设计的。Flex-to-flex Surface Contact弯曲面接触功能提高了机械系统运动及其产生的内部合力的预测精度。

轻柔体模型由于需要计算大型有限元模型，所以处理过程比较繁琐。LMS Virtual.Lab Motion第七版集成了ERFRM技术，采用已经证实的、精确的方法来压缩大型有限元模型数据。新技术能够使用工作模态数据或直接创建压缩的模态模型。软件可以使用节点/单元子集来简化质量定义，还可以使用节点子集连接的线架描述来实现数据压缩。汽车工程师使用ERFEM技术可以直接在详细的车身有限元模型的基础上设置整车多体模型，而无需网格粗化。LMS Virtual.Lab Motion还支持ABAQUS软件创建的有限元模型。

齿轮和链条仿真由于需要计算所有子装配的动态接触，所以需要花费大量的运行时间。动态多体仿真需要功能强大的求解器处理零部件之间的接触，因为这些接触处理不断地在每个仿真时间步重复。为了在下一个时间步中能够预测接触区域，LMS Virtual.Lab Motion中新的接触搜索算法可以预处理相互接触的部件外形，取代原有的部件段之间的接触搜索方法。搜索功能仅仅关注有限的接触区域，当处理典型的模型校准时，可以缩短一半的仿真处理时间，甚至更多。总之，不断发展的求解器技术得益于CPU处理器的大幅度改进，而LMS Virtual.Lab第七版对典型的工业发动机链条模型的多体仿真速度提高了两倍多。另外，为了快速浏览设计优化参数，LMS公司在LMS Virtual.Lab Motion第七版中集成了NOESIS优化技术，减少了手工设置设计参数的麻烦，如图3所示。

图3 集成了NOESIS优化技术

二、LMS Virtual.Lab Acoustics（声学仿真软件包）第七版

1.精确预测和求解流体声学噪声问题

新的LMS Virtual.Lab Aero-Acoustics流体声学解决方案帮助工程师精确预测并求解流体声学噪声问题，如汽车风噪声和飞机的涡轮机噪声。LMS Virtual.Lab Aero-Acoustic流体声学模拟软件能够预测由于流体的不稳定现象产生的噪声问题，与传统的边界元分析方法相比，LMS Virtual.Lab流体声学可以更加精确地评估声源及其产生的声压级。

流体声学仿真从运行CFD模型分析开始，可以从CFD模型信息中提取声源表面的时变声压。LMS Virtual.Lab为了处理CFD分析的输出数据，提供了与大部分领先的CFD软件接口，包括CFX、SC TETRA、PowerFLOW及FLUENT等。LMS Virtual.Lab处理时变声压并在典型的BEM分析中将这些结果作为输入源，这样可以创建比较小的声学模型，也更容易处理和检查，为现实的声学问题提供精确的解决方案。

2.性能改进

快速仿真可以帮助用户在设计初期获得有价值的信息。为了实现这一目的，第七版对核心声学技术进行了很多性能提高，包括提高读取和写入大型数据文件的速度、匹配结构网格和声学网格之间的大量数据，以及整体处理速度的提升。最近美国汽车供应商的使用情况已经充分证实了大型工业模型的分析得到较大改善，由于软件整体性能的大幅度提高，分析时间从几天缩短至几个小时。

LMS Virtual.Lab Acoustics声学第七版推出新功能以评价通过壳结构的传递损失，传递损失表征了声音或噪声通过固体障碍（如车门）的声传递损失。BEM Baffled功能可以计算传递损失，而无需创建所谓的扩散场源或消音室。用户可以简单地创建面板或壳结构的结构网格，然后生成BEM网格和结构约束网格，直至获得所需的频率分析。LMS Virtual.Lab应用“Baffle”功能，来解释声音反射和面板周围的非辐射边界条件，用户仅需创建面板模型就能够大幅度地提高工作效率，如图4所示。

图4 评估零部件的声学传递损失

三、LMS Virtual.Lab Noise&Vibration（振动噪声）第七版

LMS Vitrual.Lab Noise&Vibration第七版提供更完善的后处理工具包，新增和改进的功能提升了软件的整体效率。工程师对不同的载荷条件和响应点进行振动噪声分析时，通常会生成大量曲线。为了能够简便地分析整体性能，新的Performance Table性能表功能可以创建表格，来显示不同载荷条件和不同的硬点上虚拟传感器值（RMS、RSS、Min及MAX等）。这项功能可以简便地处理大量数据，从而得到正确的结论。使用第七版，用户可以轻松地创建自定义显示形式，如显示不同分析曲线的相互比较。用户还可以自定义想看到的功能，并且交互式地将功能添加至显示，如图5所示。

图5 Campbell表显示功能

四、LMS Virtual.Lab Structures（结构分析）第七版

LMS Virtual.lab Structures继续扩展了其前后处理功能，并扩大了应用领域。新的功能包括质量和惯性力虚拟传感器、梁和杆选项的扩充、模型检查选项的扩充、复合材料失效判据后处理、超单元后处理以及内饰检测等。LMS Virtual.Lab Structures第七版还扩展了声学和振动-声学分析的Nastran前后处理功能，充分利用了最新版Nastran 2004、2005以及改进的声学有限元网格划分算法的优势。此外，第七版还提供了完善的后处理功能，包括面板分析和模态贡献量分析。用户使用LMS Virtual.Lab Structures第七版能够直接、方便地实现Nastran DMIG有限元模型的压缩，如图6所示。

图6 Nastran DMIG有限元模型的压缩

五、LMS Virtual.Lab Durability（耐久性）第七版

LMS Virtual.Lab Durability第七版提供的自动化功能可以从头开始定义耐久性分析流程。软件可以分析定义文件，或分析已有的、来自LMS Virtual.Lab Durability的前身LMS FALANCS软件的定义文件。这样，用户可以继续进行已有的处理，并减少从旧的软件平台到新的软件平台所产生的兼容性问题。此外，用户还可以受益于LMS Virtual.Lab强大的工具包，能够定义模版并有效地自动化预备载荷和后处理。此外，自动化功能具有更多的灵活性，能够与其他外部优化工具进行交互。用户在LMS Virual.Lab Durability中使用自动化功能，可以从Excel表格中设置、运行和后处理分析案例，如图7所示。

图7 从Excel表格中设置、运行和后处理分析案例

(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/7/2008)


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