汽车工业CAE解决方案Word文档下载推荐.doc

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2.汽车工业与CAE

汽车工业代表着一个国家制造业发展的水平，它不仅是带动面最广泛的工业，而且是高新技术的最大载体，一般航空、航天领域的高精尖技术只有通过汽车工业才能转化为规模产业，所以汽车工业是或曾是几乎所有发达国家的支柱产业。

作为制造业的中坚，汽车工业一直是CAE应用的先锋。

CAE技术的应用，有效地推动了汽车制造业的前进；

汽车业的需求也极大地带动了CAE。

多年来，汽车业的选型趋向一直是CAE技术发展的晴雨表，也是业内人士关注的焦点。

在汽车产品的研发过程中，CAE已经成为设计链中必须的条件，没有CAE分析的设计就不能进入下一个技术流程。

新产品开涉及到的疲劳、寿命、振动、噪声等强度和刚度问题，可成熟地在设计阶段解决，这样就可以大幅度提高设计质量，缩短产品开发周期，节省大量开发费用。

2.1.汽车工业CAE应用分类

CAE分析贯穿了汽车开发的全过程，小到螺栓预紧力分析，大到整车碰撞模拟和整车NVH（噪声、振动和声振粗糙度）分析，CAE分析都发挥了无可替代的优势和作用。

CAE分析范围覆盖了结构、流体力学、多体动力学、被动安全、工艺、整机合整车性能等方方面面。

概括起来，目前汽车开发过程中的CAE分析主要包括：

1.结构强度、刚度和模态分析及结构优化设计。

汽车结构有限元分析的应用体现于：

一是在汽车设计中对所有的结构件、主要机械零部件的刚度、强度和稳定性进行分析；

二是在汽车的计算机辅助设计和优化设计中，用有限元法作为结构分析的工具；

三是在汽车结构分析中普遍采用有限元法来进行各构件的模态分析，同时在计算机屏幕上直观形象地再现各构件的振动模态，进一步计算出各构件的动态响应，较真实地描绘出动态过程，为结构的动态设计了提供方便。

2.噪声、振动与不平顺性（NVH）分析。

有限元法除了广泛应用于汽车结构分析外，还可应用于车身内的声学设计，通过车身内声模态与整机模态的耦合，评价乘员感受的噪声，并进行噪声控制。

3.疲劳寿命与可靠性分析。

汽车产品设计已进入有限寿命设计阶段，要求汽车在设计的使用期内整车和零部件完好，不产生疲劳破坏；

而达到使用期后，零部件尽可能多地达到损伤。

以求产品轻量化，节约材料和节省能源。

4.碰撞与安全性分析。

汽车模拟碰撞分析的目的就是为了提高汽车被动安全性能。

对于汽车被动安全性能的要求，一是在碰撞时，车身结构、驾驶系统、座位等能吸收较高能量，缓和冲击；

二是发生事故时，确保车内乘员生存空间、安全气囊、座椅安全带等对乘员的保护功能，以保证乘员安全并在碰撞后容易进行车外救助和脱险。

5.气动或流场分析。

随着计算机技术的飞速发展，应用计算流体力学（CFD）方法来预测汽车车身外部流场已成为可能。

CFD在汽车领域中的绝大部分应用都集中于进行汽车外流场的数值模拟。

在内燃机的设计和开发中，CFD已经被作为一种重要而有效的工具加以利用。

6.汽车的可操纵性分析。

车辆的可操纵性分析是指利用整车多体动力学模型，在驾驶人员采用不同驾驶方法的情况下，对车辆的侧倾稳定性进行仿真研究，还可以预测车辆在各种极限条件下的性能。

7.整车性能的分析评价与预测。

从整体的角度对汽车的各种性能进行分析和预测，包括汽车的空气动力学特性、声学特性、振动特性、操纵稳定性、乘坐舒适性、碰撞安全性等。

2.2.汽车工业常用CAE软件

目前，国内汽车工业进行CAE分析以使用国外成熟的商业软件为主，也有少量自编程软件。

常用的CAE软件如下：

l前后处理Hyperworks，Patran

l碰撞分析LS－Dyna，Pam－Crash、Radioss

l机械动力学仿真Adams

l非线性分析Ansys，Abaqus，Marc

l疲劳分析Fatigue

l流体分析Fluent，Star-cd，AVL-Fire

l锻压过程仿真SuperForge

l汽车内噪音预测分析Akusmod

l多学科智能优化iSight

l汽车自动化建模SOFY

l发动机热力学分析GT-Power

l整车性能分析GT-Drive

l……

3.曙光的汽车CAE解决方案

由于受到计算机硬件价格和技术的制约，早期的汽车CAE软件大多运行在工作站甚至是配置较高的个人PC机上。

然而，随着汽车设计对CAE计算精度要求的日益提高，CAE的计算规模和复杂程度迅速增长，个人PC机早已不能满足应用需求，目前大部分的汽车CAE软件都在高性能服务器上进行。

针对不同的汽车CAE软件和不同的计算规模，曙光公司给出了以下几种典型方案供用户参考：

3.1.方案一

l个人工作站

节点型号

A440r-F（1台）

基本配置

CPU：

2*AMDOpteron2000

内存：

8~16G

硬盘：

4*SATA（Raid0）

OS：

WindowsXP64bit

专业图卡：

NvidiaQudroFX1500-5500（256MB-1GB）

适用范围

小规模汽车CAE模拟

适用软件

Hyperworks、Patran、Fluent、Star-cd、AVL-Fire、Ls-dyna、Pam-crash、Radioss等

3.2.方案二

l工作组服务器－SMP

A950r-F（1台）

8*AMDOpteron8000

32~64G

4*SCSI/SAS（Raid0）

RedHat/SuSe/WCCS

隐式结构分析软件的中、大规模计算

Ansys、Abaqus、Marc、Nastran等

3.3.方案三

l工作组服务器-Cluster

A950r-F（1台）+820r-F（4台）

＋

l

A950r-F：

A820r-F：

4*AMDOpteron8000

16~32G

1*SCSI

网络：

GigaE/Infiniband

隐式结构分析软件的超大规模计算

说明

主节点（A950）的特殊性：

除了参与计算外，还负责读入数据、分配计算单元、控制计算流程和收集计算结果

3.4.方案四

l工作组服务器-Blade

TC2600（1～4台）

4~8G（主节点内存加倍）

1*SAS

CFD软件和显示结构分析软件的中小规模（1台）、大规模（2～2台）和超大规模（2～4台）计算

Fluent、Star-cd、AVL-Fire、Ls-dyna、Pam-crash、Radioss等

4.曙光服务器在汽车行业的CAE应用案例

4.1.案例一

用户单位

长春一汽

服务器配置

4台R4380A，用千兆以太网连接，每台R4380A配置四路双核CPU，整套服务器共计32CPU

实施日期

2006年9月

使用情况

用户使用FORTRAN编译器ABSOFT9.0（STARCD版）、商业Fluent软件和STAR-CD软件，模拟汽车行驶过程中车体所受风载以及发动机内部的复杂流场。

几个月的使用结果表明以上软件在曙光机群上运行稳定，且具有较高的计算效率，大量的计算结果为汽车设计提供了强有力的理论支持，大大缩短了设计周期，节省了研发经费。

4.2.案例二

清华大学汽车系

8台双路AMDOpteron节点机集群；

2004年

用户使用商业Fire、Fluent、STAR-CD软件，对汽车的外流场和发动机的内流场进行模拟。

三年多的使用结果表明，曙光机群对上述软件的并行能够很好的支持，且具有较高的并行效率。

尤其是全流场模拟和精细网格流场模拟，这类在以前的计算机硬件条件下根本无法实施的大规模计算，在曙光机群上能够顺利完成。

4.3.案例三

上海超级计算机中心

512台R4280节点机集群，myrinet高速计算网，每个节点4路单核AMDCPU，整个机群共2048颗CPU

2003年

上海大众等国内多个汽车研究机构在上海超级计算中心机型汽车CAE辅助设计，运行的软件包括Fluent、StarCD、LS-Dyna和PamCrash等

5.相关编纂人员介绍

²

龚道童：

n 所学专业：

流体力学

n 工作部门：

曙光公司技术支持部解决方案中心

n 工作方向：

售前技术咨询，售前方案制作和呈现，性能测试

曹连雨

热物理与流体力学

n 所在单位：

流体力学、财政软件等相关技术的售前支持工作

戴荣

水工结构

曙光公司高性能集群产品技术咨询、方案制作

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