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Ansys高校計劃 | 仿真驅動最佳車輛設計

2020-04-03 19:57:57·  來源：Ansys  
　
邦奇動力太陽能團隊2018年在智利贏得Carrera Solar Atacama錦標賽（所有照片均由Geert vanden Wijngaert拍攝）工程團隊在設計和駕駛太陽能汽車時，需要盡可能實
邦奇動力太陽能團隊2018年在智利贏得Carrera Solar Atacama錦標賽（所有照片均由Geert vanden Wijngaert拍攝）
 
工程團隊在設計和駕駛太陽能汽車時，需要盡可能實現(xiàn)能效最大化。為此，邦奇動力太陽能團隊（Punch Powertrain Solar Team）應用仿真驅動設計，以確保汽車能夠優(yōu)化能源的采集和利用。這項創(chuàng)新技術進而將比賽提升到一個全新高度，汽車能夠像路航一樣捕獲風能，達成這個新高度是太陽能團隊在其它方面對汽車做出的改進，而且是歷時五個月進行了500多次仿真的成果。
 
前邦奇動力太陽能團隊成員Adrian Baiets表示：“所有賽隊都來參觀路航系統(tǒng)是如何集成的，世界太陽能車挑戰(zhàn)賽令人印象深刻，我們贏得了聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織（CSIRO）技術創(chuàng)新獎。我相信在未來幾年，我們還會不斷看到其他賽隊在汽車設計上運用類似機制。”
 
設計路航/太陽能混合動力汽車
 
將太陽能汽車改造成路航混合動力汽車不可能一蹴而就，在有了最初的靈感概念后，還需要精心策劃。Baiets稱：“最初的想法是把太陽能汽車改裝成4輪轉向，這樣，車輪整流罩可以變得更窄，從而獲得更理想的空氣動力學氣流。”
 
仿真顯示了側風如何能在太陽能汽車上產生路航效應
 
世界太陽能車挑戰(zhàn)賽澳大利亞賽道上的某個特定區(qū)域以側風聞名，太陽能團隊意識到側風是獲得額外能量的絕佳機會。Baiets表示：“我們已經實現(xiàn)4輪轉向，那么為什么不將所有輪子放在一個方向，與車身保持一定角度，這樣車頭就不會指向正前方呢？該汽車現(xiàn)在能讓車頭指向最大3度的偏航角。這個角度可以使汽車產生路航效應并實現(xiàn)更優(yōu)異的空氣動力學性能。”
 
小小的偏航角需要大量額外的工作。通常情況下，汽車是針對正向迎風進行仿真和設計的。但加入偏航角就意味著太陽能團隊需要開展一套完全不同的仿真方案，需要把側風考慮進來，為開展這類仿真及其它空氣動力學仿真，該團隊在ANSYS Fluent中自動運行工作流程。
 
自動化工作流程實現(xiàn)優(yōu)化
 
雖然世界太陽能車挑戰(zhàn)賽每兩年舉辦一次，但考慮到測試、制造和調整賽車所需的時間，仿真團隊只有5-6個月的時間來完成賽車設計。這對于設計概念的形成、設計優(yōu)化并確保設計符合比賽規(guī)則來說，這點時間顯然捉襟見肘。因此，太陽能團隊必須高效率地開展仿真工作。
 
仿真顯示了汽車表面的湍流（俯視圖）
 
從事汽車空氣動力學設計的太陽能團隊成員Emmerick Vandervelpen表示：“我們采用的是迭代方法。我們先完成基礎設計，然后嘗試逐步優(yōu)化每一個部分。” 通過這種方法，我們開始對仿真著迷。我們必須高效利用時間，盡可能多地運行仿真，以掌握汽車的特性以及了解它們將如何影響阻力。
 
汽車表面摩擦系數(shù)的仿真（前視圖）
 
Vandervelpen還指出：“我制定了一個工作流程，這樣我就能一直運行仿真。利用Fluent中的日志功能，我可以設置仿真并讓它們徹夜運行，系統(tǒng)可以自動加載新的仿真，隨后我會在早上評估結果并安排下一組仿真任務。” 太陽能團隊的工作流程非常高效，他們僅僅在5個月的時間里就完成了500多次仿真任務。
 
仿真驅動設計成功
 
利用仿真采集到的數(shù)據，太陽能團隊能夠將汽車的阻力比之前車型降低20%。Vandervelpen指出：“如果沒有仿真，就難以了解設計改動所產生的影響，運行仿真需要時間，但只要一天就能掌握設計改動對空氣動力學的影響。所以理論上，每天我們都向最佳車輛設計靠近一步。”
 
Ansys高校計劃在中國
一直以來，Ansys非常重視中國高校教育，也將培養(yǎng)未來仿真人才作為工作重點，截至目前，已經與超過三百家院校簽訂教學合作協(xié)議，開設Ansys相關工程仿真課程及仿真實驗室。自2017年起，Ansys就積極參與到教育部“產學合作協(xié)同育人項目”中，投入大量資金和技術資源，聯(lián)合相關院校，以工程仿真產業(yè)和技術發(fā)展的最新需求推動高校人才培養(yǎng)的改革。為了進一步將理論學習和實際應用結合起來，提升在校學生的就業(yè)競爭力，Ansys聯(lián)合教育部下屬平臺推出 “Ansys仿真創(chuàng)新工程師認證項目”，學生可以通過老師統(tǒng)一組織或自行報名參加考試，通過后獲得教育部頒發(fā)的認證證書。同時，Ansys還提供免費學生版軟件，培訓視頻以及大量教學算例，認證考試教材，極大地豐富了高校教學資源。
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