FEA技术为Lola汽车公司的赛车研发提速

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欢迎访问e展厅 展厅 2 CAE/模拟仿真展厅 通用有限元分析软件, 结构分析软件, 动力学分析软件, 声学分析软件, 板料冲压成形模拟软件, ... 位于英格兰Huntingdon的Lola汽车公司为F1， F3000以及印地赛车制造车架，底盘以及其它零部件，通常产品的研发生产周期很紧张。去年，该公司被要求在1０周内为一款F3000赛车设计全新的底盘，因而设计周期非常短。 这款赛车在1995年的赛季结束后就不再生产了，并将在欧洲由一款还没有被命名的新赛车所取代。这款赛车的车主直到最后才决定使用哪个底盘供应商，这导致了Lola汽车公司只能有这么短的时间。 “我们通常都是只有很短的开发周期，赛车车队总想尽早得到样车，这样他们好更快地熟悉赛车的性能，” Lola汽车公司的计算分析工程师Amit Chakraborty解释道，“通常从开始设计到底盘制造并且发货我们会有大约6个月的时间，但是这个项目开始的很晚，所以我们不得不进全力节省所有可能节省的时间。” 他们的一个节省时间的方法是在零部件设计期间使用有限单元分析（FEA）技术来评定各零部件的力学性能，这样就不需要等到这些零部件造好后进行物理测试测试。“我们不想在物理测试中发现一个零件不能通过测试，然后回到起点，找出零件失效的原因，再设计，” Chakraborty解释道，“那样需要很多我们并不拥有的时间，我们需要在第一次设计就把它作好。” 滚箍设计 滚箍的设计是有限单元分析（FEA）在这个项目中的典型应用。滚箍是驾驶员座位后方的一个反U形的结构，它是在赛车倾覆时用来保护驾驶员的装置，它在和底盘一起提交给赛车车队前必须通过2个物理测试。 第一个是内部的挤压测试，其间带测试装置滚箍被挤压同时测量它的变形。另外一个是由赛车管理机构在生产线边上对对一个滚箍和底盘进行测试。在第一个测试中，只对滚箍测试，而在第二个测试中，滚箍和底盘是连接在一起的。地盘被转到一定的角度然后由一个承受垂直的挤压。 如果在这两个测试中出现任何问题，将会导致数周时间的重设计并令Lola汽车公司超出10周的期限，因此该公司决定使用ANSYS的结构分析模块来在软件中进行虚拟测试。“使用有限单元分析的好处是可以使我们尽早发现问题从而更快更早地采用其它可供选择的办法，” Chakraborty说。 不仅保证滚箍一次通过挤压试验很关键，设计师还有其它分析目标。事实上滚箍的设计有两个方案，一个是整个滚箍都由空心管做成，而另外一个是同样形状的滚箍但是采用实心的节点。设计师希望对这两个方案进行比较并且选择较好的一个。另外，设计师也要分析滚箍连接点出的结构反作用力以保证滚箍的架设方法没有任何问题。 Chakraborty将由CATIA制作的滚箍CAD模型导进ANSYS作为分析的基础，并采用ANSYS的自由网格划分功能对滚箍模型进行网格划分从而获得有限元网格。整个模型包含22800个4节点四面体实体单元。整个前处理，包括导入 CAD模型，网格划分，施加边界和荷载条件共花了大约4天。Chakraborty对两个设计方案进行了模拟，在Lola汽车公司的IBM RS/6000 工作站上，每个模型的计算耗时大约为25分钟。 分析结果表明全部使用空心管的设计将不能通过物理测试。根据赛车组织的规定，在出现事故时滚箍只能在其上部区域破坏。而根据分析结果，空心管滚箍很可能在其下部区域发生断裂。另外中设计方案中的应力水平比第一个设计方案低6%，并且所有的破坏都将发生在其上部。 “我们知道其中一种滚箍设计不能通过物理测试，”Chakraborty说，“而且我们是在5天内得到这个信息的，如果我们要等到真正的物理测试，这将需要3周时间。” 除了确定了最优的滚箍设计方案外，分析结果还表明滚箍的连接点强度不足。连接处的反力超出了设计师的预期值，需要对底盘的嵌入部位进行重新设计来加强支撑。 这个信息非常重要，因为如果没有ANSYS有限元分析的话，这只有在赛车管理机构的测试中才会被发现。“由于他们测试在生产线的第一个底盘，如果在那时候发现问题的话，将会使我们走很多回头路，而且要花很大的代价，” Chakraborty说，“如果没有有限元分析，我们将不可能获得这些信息，这是不可能通过手工计算得到的。” 全面的有限元应用 在Lola汽车公司，有限元分析（FEA）几乎用于所有的项目。分析专家Chakraborty和另外一个工程师组成一个咨询小组为不同的设计小组提供咨询服务。虽然结构分析占据了他们最大一部分工作，他们还使用ANSYS的计算流体力学（CFD）分析模块ANSYS Flotran来研究和赛车相关的空气动力学问题。 “我们是用Flotran做赛车提升面如前翼和后翼的空气动力学分析，”Chakraborty说，“其实在很多方面可以应用Flotran，不过我们忙于做结构分析而没有时间来全面地处理它们。” Chakraborty非常欣赏ANSYS系列软件的多学科交融性因为他没有时间来学习如何使用他的工具。“从同一个软件供应商获得软件可以使使用者花更少的时间来学习，”他说，“当我从结构分析转向CFD，我已经知道怎么使用前处理和后处理了。” 在一个典型的印地车赛中，第一名和最后一名之间的每一圈耗时差距不多于2秒。每个赛车队都跟时间争斗以获得最快地速度。这个道理对Lola汽车公司是同样适用的，虽然他们寻求的是一个更快地设计周期。拥有了ANSYS 有限元分析系列软件，他们在激烈的竞争中拥有了无可比拟的优势。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (5/29/2005)