安全第一，CAE 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的 Maxi-Cosi 兒童座椅開發(fā)流程

2016-12-09 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

安全第一，CAE 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的 Maxi-Cosi 兒童座椅開發(fā)流程hyperworks仿真分析圖片2

項(xiàng)目介紹

安全是開發(fā)兒童座椅的首要設(shè)計(jì)目標(biāo),汽車兒童安全座椅市場專家 Dorel Juvenile 領(lǐng)導(dǎo)設(shè)計(jì)了一款全新的安全座椅——Maxi-Cosi 雙向調(diào)節(jié)座椅。為了調(diào)查分析最適宜的設(shè)計(jì)方案,并考慮現(xiàn)實(shí)事故中的沖擊力,Maxi-Cosi 求助于 Code Product Solutions 公司,這是一家通過 CAE 技術(shù)為客戶提供產(chǎn)品開發(fā)和優(yōu)化的工程咨詢與服務(wù)公司。在產(chǎn)品開發(fā)過程中,Code Product Solutions 公司的工程師應(yīng)用了全套 Altair HyperWorks CAE 模塊,包括 RADIOSS®碰撞仿真,OptiStruct®計(jì)算塑料部件中傾斜系統(tǒng)的高應(yīng)力區(qū),HyperMesh®前處理, HyperGraph®和 HyperView®后處理。

除了 HyperWorks 之外,Code Product Solutions 公司還應(yīng)用了 Altair PBS ProfessionalTM,這是一個(gè)商業(yè)級的高性能作業(yè)調(diào)度和資源管理平臺。如此可以實(shí)現(xiàn) MADYMO 假人模型與 RADIOSS 和 Moldflow 聯(lián)合仿真。TASS 的 MADYMO 假人模型來自 Altair 合作伙伴聯(lián)盟(APA)的 TASS,APA 通過共享 HWU 許可證的模式,在不增加 Altair 客戶企業(yè)成本的同時(shí),提供了廣泛的第三方解決方案。通過 Altair 的技術(shù)解決方案,Code Product Solutions 公司的工程師在完成設(shè)計(jì)需求的同時(shí)大大降低了研發(fā)時(shí)間和成本。

Harold van Aken負(fù)責(zé)帶領(lǐng)他的團(tuán)隊(duì)在這個(gè)項(xiàng)目中進(jìn)行虛擬開發(fā)和碰撞仿真。 Code Product Solutions 是一個(gè) 工程和咨詢公司 , 通過應(yīng) 用 Altair HyperWorks模塊等CAE工具為企業(yè)客戶提供產(chǎn)片的研發(fā)和優(yōu)化。這家公司的宗旨是成為一個(gè)值得信賴的合作伙伴,使產(chǎn)品研發(fā)更加高效化,幫助客戶節(jié)約研發(fā)時(shí)間和成本,并保證產(chǎn)品的綜合性能。

工程服務(wù)和咨詢提供了例如設(shè)計(jì)、材料、產(chǎn)品工藝等方面的開發(fā)建議。很多公司在產(chǎn)品研發(fā)的后期才進(jìn)行仿真分析,但當(dāng)產(chǎn)品基本成型時(shí)再去修改成本
會很高。Code Product Solutions公司在研發(fā)的設(shè)計(jì)階段早期就進(jìn)行仿真分析,在設(shè)計(jì)決策提出之前就針對產(chǎn)品的重量和性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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挑戰(zhàn)

項(xiàng)目的初始目標(biāo)是基于 Maxi-Cosi 的已有產(chǎn)品 FamilyFix 座椅進(jìn)行修正,這樣可以直接添加向后放置座椅的功能。很多國家都制定了兒童乘客強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),并且通過法律明確了不同年齡、體重和身高的兒童座椅規(guī)范。

通常規(guī)范被分為三個(gè)階段:對于剛出生的嬰幼兒,需要使用向后朝向的嬰兒座椅;對于幼齡兒童應(yīng)當(dāng)使用向前朝向的兒童座椅;對于年齡再大一些的兒童,應(yīng)當(dāng)使用輔助軟墊。設(shè)計(jì)的最大挑戰(zhàn)在于雙向調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)要求以及減小和修改包裝空間帶來的載荷增加。尤其是向前朝向工況的支撐柱需要很大的結(jié)構(gòu)改變。van Aken 表示:“憑借我們在注塑成型設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料選擇方面的豐富經(jīng)驗(yàn)以及 HyperWorks 數(shù)值分析的領(lǐng)先技術(shù),這些工程上的挑戰(zhàn)才被克服。”
嬰幼兒的座椅要求向后朝向,這是因?yàn)檫@種坐姿可以減少正面碰撞對嬰幼兒的傷害。新生兒和嬰兒在沒有支撐時(shí)還不足以很好的控制他們的頭部,在碰撞發(fā)生時(shí)尤為明顯。

Dorel Juvenile 認(rèn)為應(yīng)該在這個(gè)項(xiàng)目中執(zhí)行最新的歐洲兒童安全座椅標(biāo)準(zhǔn) I 規(guī)范,這需要融合更多的設(shè)計(jì)功能以及附加的相關(guān)設(shè)計(jì)要求,因此這個(gè)商業(yè)案例幾乎對兒童安全座椅進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

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解決方案

Dorel Juvenile 和 Code Product Solutions 公司的緊密合作以及通過 CAE 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)使得重新設(shè)計(jì)座椅底座的開發(fā)流程更加高效。得益于 Altair 的 HyperWorks CAE 解決方案中的虛擬碰撞實(shí)驗(yàn)?zāi)K,在設(shè)計(jì)流程中無需物理樣機(jī) 和中間設(shè)計(jì)的物理測試,并且工程師在詳細(xì)設(shè)計(jì)的第一階段就得到了正確的設(shè)計(jì)方案。

Dorel Juvenile 創(chuàng)新技術(shù)經(jīng)理 Peter Stokman 證實(shí) Code Product Solutions 公司的仿真結(jié)果有助于 2wayPearl
兒童安全座椅的設(shè)計(jì)。”

van Aken 表示:“最初的 CAD 模型由我們 CAE 供應(yīng)商的 CAD 系統(tǒng)建立,接下來的網(wǎng)格模型由 HyperMesh 建立。HyperMesh 在這個(gè)項(xiàng)目中的最大優(yōu)勢是中面網(wǎng)格建模的能力,尤其在碰撞模型中最為明顯。碰撞模型在我們的兒童座椅顯式分析標(biāo)準(zhǔn)化求解器 RADIOSS 中進(jìn)行計(jì)算?！盚yperCrash 用來進(jìn)行模型檢查,假人模型定位和安全帶的纏繞。為了充分發(fā)揮工程設(shè)計(jì)的能力,Code Product Solutions 公司應(yīng)用了一套自身設(shè)計(jì)的軟件,這套軟件可以自動(dòng)建立給定模型的 12 個(gè)設(shè)計(jì)工況下仿真載荷步。工程師只需要導(dǎo)入不同的座椅模型視角,軟件自動(dòng)建立碰撞模型的載荷工況,從而采用 RADIOSS 進(jìn)行仿真分析。

這是 Code Product Solutions 公司應(yīng)用 RADIOSS 進(jìn)行復(fù)雜碰撞模型分析的標(biāo)準(zhǔn)化軟件。并且,HyperView 的自動(dòng)生成報(bào)告工具通過導(dǎo)出更多的解決方案最大化的增加了本次工程項(xiàng)目的價(jià)值。詳細(xì)的 PDF 報(bào)告在分析結(jié)束之后自動(dòng)生成,并且包含結(jié)果質(zhì)量檢查、能量等級、截面的力應(yīng)力和應(yīng)變從而快速比較不同的設(shè)計(jì)概念。van Aken 表示本次項(xiàng)目取得了令人滿意的結(jié)果和很大的收獲:“我們對本次項(xiàng)目的設(shè)計(jì)結(jié)果和效率非常滿意。設(shè)計(jì)完全滿足了新的歐洲 I 等級座椅標(biāo)準(zhǔn),并且為我們的客戶有效的降低了成本。如果沒有 CAE 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì), 本次項(xiàng)目不可能實(shí)現(xiàn)。除了合理的 CAE 設(shè)計(jì)進(jìn)程,我們還通過 PBS Professional 減少了硬件和軟件資源消耗。這幫助我們最大化的利用了我們的高性能計(jì)算集群的硬件和軟件資源?！?br />
重新設(shè)計(jì)主要由塑料替換原有的鋼鐵材料。這個(gè)變化還伴隨著大量的載荷工況定義(總共 12 個(gè)),這需要大量的仿真次數(shù)從而獲取結(jié)構(gòu)壁厚以及筋板位置的布置方案。多種性能要求的組合使本次設(shè)計(jì)最終取得了成功。

結(jié)論

如果沒有 CAE 工具,工程師唯一的選擇只能是實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行誤差分析。這種方式很有可能無法滿足所有的設(shè)計(jì) 工況,或者將極大的增加時(shí)間成本和財(cái)務(wù)成本。所以,對仿真的正確認(rèn)識是發(fā)展座椅行業(yè)關(guān)鍵。van Aken 總結(jié)說: “Altair HyperWorks 軟件,尤其是 HyperMesh、OptiStruct、RADIOSS 和 HyperView 都是我們?nèi)粘９ぷ鞯臉?biāo)準(zhǔn)化工具,幫助我們更好地為 Dorel Juvenile 等客戶服務(wù),設(shè)計(jì)出創(chuàng)新的產(chǎn)品并縮短設(shè)計(jì)周期?！?