汽车开发中的空气动力学及流体力学仿真

工作流程自动化

Doroudian 还指出其汽车客户更需要在工作流程方面的帮助，而不是更加先进的物理特性。“他们需要提高工作效率的方法，”他解释道。这包含一系列的步骤，首先是发出有关CAD 模型的信息，为CAE 做好准备。然后，用户需要创建网格并在运行之前对模型进行预处理。最后一步是对结果进行可视化。他表示其客户对开放源解决方案尤其偏好， 因此他们还提供了DAKOTA 优化工具箱。这也是一种开放源代码，由桑迪亚国家实验室开发，提供许多有关设计优化、参数估计及敏感性分析等方面的分析方法。

Altair 公司在提高汽车空气动力学开发工作流程和周期时间方面采用了更加直接的方式，推出了HyperWorks 虚拟风洞（VWT）解决方案。该软件对工作流程进行了简化，用于风洞仿真。VWT 于2013 年10 月发布，基于Altair 公司的CFD 求解器AcuSolve，可以实现自动网格划分，还可以自动生成定制的结果报告。“该产品包含一些高级物理特性，比如旋转轮胎、散热器模拟和流体结构交互等，” 该公司CFD 解决方案总监Marc Ratzel 指出。用户通过简单的GUI 界面准备好模型和边界条件，在经过计算之后，VWT 生成PDF 报告。车轮、扰流板和散热器需要进行特定的仿真，还带有鼠标和虚拟模型浏览器。模型输入为计算表面网格，以Nastran 格式定义。

VWT 的核心是Altair 公司的AcuSolve CFD 求解器。与许多其他CFD 代码不同的是，该求解器采用有限元方式，而不是其他常见的有限体积技术。“有两个关键因素确保了它的可靠性：Galerkin/Least- Squares（GLS）有限元方法，和独特的、专利的线性方程迭代求解器，”Ratzel 解释道。他认为这两个因素使AcuSolve 求解器更加精确和可靠，而且相对扭曲的单元可以达到完全收敛的效果，而这帮助缩短了网格创建的时间。“此外，它从计算方面来说还更加稳定，使用起来非常容易，周期时间也更短，”Ratzel 说道。VWT 还可以与公司的HyperStudy 软件结合使用。HyperStudy 允许用户通过DOE 及优化等方法对其系统设计进行探索、了解及优化改进。

据Ratzel 表示，Altair 未来还计划进一步改进的领域包括更加集成的多物理场仿真、车厢内声学、两相流动以及更高的可扩展性，使在上千个处理器内核上进行并行计算成为可能。

HyperWorks 采用按需许可的收费方式。据该公司介绍，HyperWorks 的许可单位都是平行的，因此一个组织内的用户可以同时使用软件而不用额外购买席位或许可。

引擎盖下应用

保持系统独特的视角也非常重要。“当我们看一些 特殊的属性比如燃油经济性或排放时，法规就显得非常 重要，你需要平衡所有与设计相关的属性，比如驾驶性 以及乘客座舱舒适性，”Siemens PLM Software 仿真产品市场总监Ravi Shankar 表示。“如果将这些属性分开看的话，不会有任何好处。”基于这个想法，Siemens PLM Software 致力于打造一个集成的工具箱，将CAE 仿真工具与其NX CAD 软件及Teamcenter PDM 平台整合在一起。用户可以使用一些专属的工具，比如NX Flow 及NX Nastran，同时还可以使用一些常见的第三方软件比如LS-Dyna 或Abaqus。他们这么做的重点是工作流程开发，尽可能高效地从CAD 过渡到工作分析模型。

“NX Thermal/Flow 包含域分解技术，可以用于大型模型的求解，同时采用了具有经济性的许可方案，可用 于并行计算，”Shankar 解释道。
Shankar 还指出，西门子软件支持的大部分CFD 应用都是动力总成领域的典型问题，比如引擎盖下冷却优 化及进排气歧管流场平衡等，这些问题都要求软件有先 进的三维表面绘测功能，来确定产品最合适的几何外形。

其中一个客户就是通用汽车旗下的先进发动机设计 部门（Advanced Engine Design）。该部门设计技术总监Rod Baker 称，CAD 和CAE 的集成可以让他们将分析工具直接交到产品设计师的手中。“这对我们来说是一种 新的尝试，我们发现流体仿真是进行方向比较的有力工具，”他解释道。这些产品工程师通过这样的工具来确 定某个具体的设计是否合理，之后的迭代是否可以提高 产品的性能，又或者某个更改是否会影响产品的性能而 需要被舍弃。“针对一些设计，我们有时候可能要对某个零部件的形状进行30 到40 次的迭代，”他解释道。采用这种方式的工作效率甚至要高于专门的CAE 分析师。

通用公司在一个单独的CAE 部门依然有一些这样的分析师，但是一些特定的模板可以帮助设计师来建立并执行流体仿真。这种方式大大提高了CAE 针对流体仿真（用于指导早期设计方案）的易用性。“我们还是会征 求这些分析师的意见，来做一