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“前沿”CFD-汽车设计

 

     前端CFD模拟仿真软件让机械设计工程师拥有流体流动和热传导分析能力,使他们在概念设计阶段就能对设计基础进行试验验证。

     CFD是指计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics),目前已经在航空航天、汽车、船舶、能源、化工等行业有着广泛的应用。早期,汽车制造商是CFD的主要使用者,那时候由于技术相对简单,许多企业建立了专门的专家队伍,而没有把软件集成到主流的工程流程当中。后来,企业都拥有了出色的CAE团队,但仍要花费大量精力让机械设计工程师们熟练掌握这些工具。这也就使得在许多零部件和子系统受流体流动和热影响很大的行业中,CFD软件并没有发挥出人们预想的作用。现在,前端CFD可以有效解决上述难题。

经济实用的前端CFD软件

前端CFD是指在产品开发进入样机试验前的开发设计初期就将流动和热分析模拟集成于CAD环境中,主要使用者是多任务的机械工程师。这意味着企业不需要特定的CFDCAE专家来解决流动和热问题。使用前端CFD软件,汽车制造商和零部件供应商在设计前期就可以分析零部件和系统的各种关键特性,并为最后的验证保留大量珍贵的物理试验数据。

传统上,大多数汽车零部件供应商一直延续着他们的老式产品开发方法,单纯地依靠物理原型试验指导决策。建立和试验物理原型所耗费的成本及时间消耗掉了他们的竞争优势,而前端CFD软件无疑为他们提供了重振雄风的机会,使用这种软件不但可以限制外部采办,还开辟了新的市场机遇。

对于中小企业来说,应用CFD技术目前可能仍是一种奢望,他们希望获得的是一种经济且现成的解决方案。幸运的是,通过使用前端CFD软件,零部件供应商只需花费不到25000美元就可以得到通用汽车花费上百人应用传统CFD软件创造出来的效果。从投资回报的角度来看,这是非常划算的。使用前端CFD软件,平均可将用于新产品设计开发、试验和验证的时间减少70%,同时,还可将与传统原型制作有关的时间和费用降低65%

 

CFdesign软件

CFdesign是诸多前端CFD软件中的典型代表之一,它可以消除传统CFD软件的瓶颈。
CFdesign
是领先的流体流动、传热和电子冷却模拟工具,由美国Blue Ridge Numerics公司开发。CFdesign可以直接供MCAD(机械CAD)产品设计团队使用,是专门为使用CATIAPRO/EUGS NXSolidWork和其他主要CAD系统的工程师而开发的,这种软件可将标准MCAD工作站转化成完全互动的流动试验台和热力测试台。同时,在与AlibreCoCreateDEAS NXIronCAD和其他基于ACISParaslid几何内核的CAD系统配套时,这种软件还支持它们之间的本机互操作性。这种软件工作时就好像是MCAD应用软件的一种延伸,让设计工程师能够在产品概念设计阶段进行复杂的热传输或流体流动的模拟仿真试验。

采用CFdesign软件,企业在设计阶段就能够深入了解零部件和子系统的性能。CFdesign软件的优点如下:使用本机上的CAD模型,CFdesign软件可对各种设计变量进行定性分析和对比;在进行一项CFD传统分析的时间内可进行多项“what if”的假设分析;用户可在一个单一接口上迅速对产品进行优化对比,在台式计算机上完成数十项方案的评估。

成功的应用

CFdesign软件的应用范围包括:发动机冷却、发动机润滑、电子器件和照明系统、外部空气动力学、气候控制系统、发动机缸内流动模拟仿真、进气道流动模拟仿真、岐管排气系统流动模拟仿真、催化转化器等。
     
鉴于其与CAD/CAM 软件的完美连接,并且易于操作、功能强大,CFdesign可有效地缩短用户用于实体原型和试验的时间,降低成本,为企业创造巨大的价值。

     
两年前,著名的的碳素纤维增强塑料公司——Racing Technology Norfolk为了完成汽车用户的一个复杂且时间紧的项目,购进了CFdesign软件并立即投入使用,任务在三周内完成。Racing Technology

     NorfolkCFdesign软件非常满意,他们的开发工程师认为将其整合到设计过程中非常方便容易。该公司 表示使用CFdesign软件不但增强了公司的业务能力,还拓展了业务范围及领域,CFD工作也不必承包给专家们去做了。
   Acutex
司是该软件的另一个用户,他是Hilite实业公司的全资子公司,为主要的汽车供应商设计和制造变速箱控制用电磁阀。过去,Acutex公司用简单的湍流方程来选择限流孔的初始尺寸,在并不知道准确的流量系数和层流过渡信息的情况下进行电子液压模拟。这种方法并不能准确地设计出客户定制的阀门。在使用了CFdesign之后,Acutex公司不仅可以确定阀芯直径,而且能够更有效地进行阀门的成形修正及整合工作,从而更好地确定流量系数。CFdesign软件可以在分析过程中很容易地改变温度,通过多次分析,Acutex公司可以确定在客户提出的温度范围内,哪些尺寸和形状组合可以提供足够和尽量恒定的流量。因为在模拟仿真阀门性能之前,能够预测哪些参数会发生改变。

    CFDdesign
软件帮助Acutex公司缩短了设计周期时间,节省了大量的资金,特别是在冷流体试验中,节省了17000美元。据估计,CFDdesign软件缩短了Acutex公司15%的开发周期。

    
当然,也有些公司并不看好前端CFD的前景,一些专业CAE公司认为,未来人们更多需要的是模拟仿真驱动的设计,而这种设计需要单一的CAE模型。这种说法看似有道理,但要知道单一的CAE模型和CAD模型并不是一回事。对于分工明确且拥有专业CAE团队的公司来说,这种方法是有效的;而对于另一些拥有庞大的从事多任务处理的工程师团队、使用MCAD软件的公司来说,却没什么用处,对于他们而言,CFD的真正价值在于将其带入产品开发过程的前端,在花费很小的情况下对设计基础进行试验。

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