業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)
-優(yōu)化車體結(jié)構(gòu)，提升疲勞性能
-在設(shè)計(jì)早期，預(yù)測疲勞損傷敏感區(qū)域，并評(píng)估預(yù)期的疲勞壽命
-發(fā)現(xiàn)并解決疲勞相關(guān)問題
-通過高效的仿真方法，提前進(jìn)行疲勞工程分析，從而縮短車輛開發(fā)周期

成功關(guān)鍵
-精確地預(yù)測道路載荷及其對(duì)零部件的影響
-采用基于道路測試數(shù)據(jù)的、完整的集成仿真解決方案
-利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過多體動(dòng)力學(xué)虛擬仿真試驗(yàn)，復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)車輛的道路載荷測試
-集成了試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)，多體仿真及疲勞優(yōu)化的多學(xué)科軟件平臺(tái)解決方案

結(jié)果
-優(yōu)化部件結(jié)構(gòu)，提升疲勞性能
-減少物理樣機(jī)的數(shù)量和試制次數(shù)
-極大地減少了研發(fā)成本和開發(fā)周期
-比競爭對(duì)手更快地將高可靠性的汽車產(chǎn)品投放到市場

行業(yè)
-汽車及交通運(yùn)輸

客戶主要業(yè)務(wù)
一汽技術(shù)中心是中國汽車行業(yè)最大的研發(fā)中心，擁有最多最全的測試檢測設(shè)備。也是一汽集團(tuán)和中國政府的一級(jí)汽車研發(fā)技術(shù)中心。公司一直致力于商用車、乘用車、小型貨車、客車、卡車及汽車零部件的產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新。一汽技術(shù)中心擁有完整的整車開發(fā)流程。

解決方案/服務(wù)
-LMS

客戶位置
長春, 吉林省
中國

"我們特別欣賞LMS完整的解決方案。通過這樣高效的解決方案，在商用車設(shè)計(jì)時(shí)，駕駛室樣機(jī)很容易就通過了8000公里的道路耐久測試。用同樣的方法，我們還解決了一些其他設(shè)計(jì)問題。例如，我們發(fā)現(xiàn)并解決了一款越野車的車體前部開裂問題及懸置系統(tǒng)的疲勞損傷問題。"
閆 鑫

車身部

中國一汽技術(shù)中心

"在中國汽車工業(yè)的研發(fā)領(lǐng)域，我們是將仿真應(yīng)用于疲勞壽命分析的先驅(qū)，引領(lǐng)了行業(yè)的發(fā)展。我們希望能一直保持領(lǐng)先地位。實(shí)際上，這就意味著我們需要研究更深層次的疲勞問題，如非金屬材料的疲勞，優(yōu)化減振器的疲勞壽命等，我們也希望能獲取盡可能高的精度，因?yàn)榭煽磕途眯苑抡婺軌驇椭覀冇行Э刂飘a(chǎn)品開發(fā)周期。這樣也使得我們能夠比競爭對(duì)手更早地將產(chǎn)品投放市場。"
閆 鑫

車身部

中國一汽技術(shù)中心

"LMS Virtual.Lab Durability軟件有專門的焊點(diǎn)焊縫建模功能，能夠算出疲勞損傷的敏感區(qū)域。通過專門的疲勞后處理分析，我們能夠快速地識(shí)別和解決疲勞問題。"
閆 鑫

車身部

中國一汽技術(shù)中心

"扭曲路是一種很難迭代的工況，因?yàn)榈皖l效應(yīng)很顯著，使得時(shí)域迭代收斂變得很困難。但是LMS Virtual.Lab Motion TWR強(qiáng)大的算法能夠很好地處理低頻迭代。得益于此，我們的模型可以考慮的很細(xì)致，甚至于包括與LMS Imagine. Lab Amesim聯(lián)合仿真的空氣彈簧的詳細(xì)建模。"
閆 鑫

車身部

中國一汽技術(shù)中心



具有挑戰(zhàn)性的時(shí)期，耐久性是衡量車輛好壞的關(guān)鍵因素
疲勞耐久性能極大地影響了對(duì)車輛質(zhì)量的感知。它是車輛非常重要的一個(gè)賣點(diǎn)?？蛻衾硭?dāng)然地認(rèn)為，他們買的轎車可以行駛?cè)f公里，或者他們的卡車可以在非常粗糙的路面環(huán)境下行駛。但是隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，車輛類型越來越多，對(duì)車輛研發(fā)工程師提出的挑戰(zhàn)也越來越大，他們必須不斷地減少車輛重量以適應(yīng)燃油經(jīng)濟(jì)性的嚴(yán)苛要求，而且必須要快速地開發(fā)出可靠性好，高品質(zhì)的，具有吸引力價(jià)格的汽車。所謂的“憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)”將導(dǎo)致樣車反復(fù)試驗(yàn)，開發(fā)周期長，成本高。因此，汽車制造廠商及其研發(fā)中心都在尋求新的疲勞工程分析技術(shù)，包括通過前期的疲勞設(shè)計(jì)仿真，在第一次樣車測試就獲得更好的疲勞性能。

新的疲勞工程解決方案的需求
成功預(yù)測疲勞壽命的關(guān)鍵是要正確定義道路載荷及理解道路載荷是如何影響車輛零部件的。計(jì)算和分析這些零部件的載荷是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，特別對(duì)于目前的主動(dòng)懸架系統(tǒng)來說。在概念設(shè)計(jì)階段，通常只有很少的測試數(shù)據(jù)，甚至于根本沒有任何測試數(shù)據(jù)可用。通過這么多年的驗(yàn)證，多體仿真方法作為可信賴的先進(jìn)技術(shù)廣泛應(yīng)用于精確計(jì)算道路載荷。根據(jù)模型復(fù)雜程度級(jí)別的不同及可用的測試數(shù)據(jù)，有幾種不同的分析方法。

Siemens PLM Software開發(fā)了一種完全基于CAE仿真的方法，即所謂的“數(shù)字路面” 方法，以及一種測試與仿真相結(jié)合的混合路面分析方法。后者，包括LMS Virtual.Lab Motion軟件在內(nèi)的，稱之為基于時(shí)域波形再現(xiàn)(TWR)技術(shù)，它起初是來源于試驗(yàn)室臺(tái)架振動(dòng)測試系統(tǒng)的載荷迭代測試技術(shù)。應(yīng)用這個(gè)技術(shù)，中國一汽技術(shù)中心大大縮短了一款最近的商用車的開發(fā)時(shí)間。

一汽技術(shù)中心是中國汽車行業(yè)最大的研發(fā)中心，擁有最多最全的測試檢測設(shè)備。一汽技術(shù)中心一直致力于商用車、乘用車、小型貨車、客車、卡車及汽車零部件的產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新。一汽技術(shù)中心擁有完整的整車開發(fā)流程，從造型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到仿真和多性能領(lǐng)域的試驗(yàn)測試，再到CAM計(jì)算機(jī)輔助制造。為了實(shí)現(xiàn)一種更為有效可靠的疲勞工程分析方法，技術(shù)中心的專家們決定與LMS解決方案的工程技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)合作。從而建立了完整的軟件集成解決方案。

“我們有一些零部件的疲勞開裂問題，比如車體前圍，車身的拐角或一些局部區(qū)域的關(guān)鍵部件的疲勞斷裂。”一汽技術(shù)中心車身部從事商用卡車車身研究的CAE工程師閆鑫說，“我們以前都是基于靜強(qiáng)度分析，然后憑借我們的經(jīng)驗(yàn)來評(píng)估駕駛室的疲勞。但是用這種方法，我們?cè)跇榆嚋y試階段經(jīng)常遇到疲勞開裂問題。這就意味著我們不得不反復(fù)地進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改，導(dǎo)致開發(fā)周期延長。得益于與Siemens PLM Software的合作，我們研究了疲勞開裂的問題所在，利用這個(gè)仿真開發(fā)流程，我們可以精確得到道路載荷，針對(duì)疲勞性能進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣我們利用LMS解決方案研發(fā)的某款商用卡車駕駛室試制樣車一次性地通過了疲勞性耐久試驗(yàn)。”

精確預(yù)測車輛部件的道路載荷
基于TWR時(shí)域波形再現(xiàn)技術(shù)，使得工程師可以方便地應(yīng)用各種道路試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真迭代，從而預(yù)測道路載荷。這種方法利用非約束車身的多體模型，以試驗(yàn)測試數(shù)據(jù)作為邊界條件，能夠復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)車輛的道路測試載荷，通過迭代控制算法反算得到等效的路面激勵(lì)信號(hào)。通過計(jì)算輪心的等效激勵(lì)信號(hào)，LMS Virtual.Lab Motion避免了一些復(fù)雜單元的建模，比如復(fù)雜輪胎模型，數(shù)字路面模型和駕駛員模型等，這些都需要耗費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行建模。虛擬仿真等同于一個(gè)疲勞測試臺(tái)架的試驗(yàn)。LMS Virtual.Lab Motion擁有強(qiáng)大的，高效精確的求解器。能夠處理復(fù)雜模型如柔性體，也能通過與LMS Imagine.Lab Amesim軟件實(shí)現(xiàn)聯(lián)合仿真，從而處理如主動(dòng)懸架控制系統(tǒng)的仿真。通過LMS Virtual.Lab Motion計(jì)算得到各個(gè)零部件的載荷，再輸出到LMS Virtual.Lab Durability中進(jìn)行疲勞仿真分析。

“這個(gè)全新的分析流程始于和LMS工程服務(wù)技術(shù)專家的合作”，閆鑫說。“我們做了道路測試并采集了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過LMS Tecware軟件的處理，將處理后的數(shù)據(jù)用于仿真。” LMS Tecware這個(gè)軟件包可以幫助工程師高效地驗(yàn)證和理解數(shù)以千兆的原始測試數(shù)據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)將通過各種處理，比如刪除異常數(shù)據(jù)，濾波處理，經(jīng)數(shù)學(xué)處理方式得到新通道數(shù)據(jù)，等等。通過處理后的數(shù)據(jù)將應(yīng)用于仿真分析。LMS Tecware允許減去與疲勞無關(guān)的特定數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)處理方法幫助高效地量化潛在的疲勞載荷數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)都可以導(dǎo)入到LMS Virtual. Lab Motion中。

下一步，工程師建立了商用車的多體模型，包括駕駛室和懸置系統(tǒng)。“LMS Virtual.Lab Motion用戶界面非常好”，閆鑫說，“而且，我們獲得了Siemens PLM Software技術(shù)支持團(tuán)隊(duì)很好的培訓(xùn)和幫助。在他們的幫助下，我們能夠很容易地建立多體模型，計(jì)算激勵(lì)信號(hào)，從而進(jìn)一步計(jì)算部件疲勞載荷。”一汽技術(shù)中心的工程師們對(duì) LMS Virtual.Lab Motion TWR強(qiáng)大的功能印象深刻。“扭曲路是一種很難迭代的工況，因?yàn)榈皖l效應(yīng)很顯著，使得時(shí)域迭代收斂變得很困難。”閆鑫說，“但是LMS Virtual.Lab Motion TWR強(qiáng)大的算法能夠很好地處理低頻迭代。得益于此，我們的模型可以考慮的很細(xì)致，甚至于包括與LMS Imagine.Lab Amesim聯(lián)合仿真的空氣彈簧的詳細(xì)建模。”

優(yōu)化部件結(jié)構(gòu)，以提升疲勞性能
將計(jì)算得到的部件載荷結(jié)合材料曲線，周期疲勞參數(shù)和基于有限元(FEA)分析的應(yīng)力結(jié)果，LMS Virtual.Lab Durability能夠精確判定關(guān)鍵的疲勞危險(xiǎn)區(qū)域，評(píng)估預(yù)期的疲勞壽命。

“LMS Virtual.Lab Durability軟件有專門的焊點(diǎn)焊縫建模功能，能夠算出疲勞損傷的敏感區(qū)域，”閆鑫說，“通過專門的疲勞后處理分析，我們能夠快速地識(shí)別和解決疲勞問題。”整個(gè)過程可以是參數(shù)化的，通過設(shè)計(jì)不同的試驗(yàn)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。閆鑫解釋道，“我們特別欣賞完整的LMS解決方案。通過這樣高效的解決方案，在某款商用車設(shè)計(jì)時(shí)，駕駛室樣機(jī)很容易就通過了8000公里的道路耐久測試。用同樣的方法，我們還解決了一些其他設(shè)計(jì)問題，例如發(fā)現(xiàn)了一款越野車的車體前部開裂及懸置系統(tǒng)的疲勞損傷問題。”

一個(gè)額外的，也是很關(guān)鍵的基于TWR的疲勞工程分析的好處是，通過LMS Virtual.Lab Motion TWR反算得到的等效激勵(lì)信號(hào)可以用于其它相似車型的開發(fā)。因?yàn)榈刃Ъ?lì)載荷信號(hào)可以認(rèn)為是不變的。這在新車型開發(fā)的早期是很有用的。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)早期，沒有物理樣機(jī)，也不可能做物理樣機(jī)的試驗(yàn)測試。這樣就可以在設(shè)計(jì)開發(fā)早期階段提前進(jìn)行疲勞工程分析。

“這也是我們急需要徹底打破以前的流程，從而將此流程作為我們公司的新的標(biāo)準(zhǔn)流程的原因。”閆鑫說，“基于此，我們希望建立通用的載荷譜分析流程。作為所有疲勞分析領(lǐng)域的研發(fā)流程，這必將大大減少我們將來在數(shù)據(jù)獲取上所花費(fèi)的時(shí)間。”

進(jìn)一步應(yīng)用這個(gè)屢獲殊榮的技術(shù)
一汽技術(shù)中心工程師計(jì)劃進(jìn)一步部署基于仿真的疲勞分析流程，從而提升更大的能力。“在中國汽車工業(yè)研發(fā)領(lǐng)域，我們是將仿真應(yīng)用于疲勞壽命分析的先驅(qū)，我們希望能一直保持領(lǐng)先地位，”閆鑫說。“實(shí)際上，這就意味著我們需要研究更深層次的疲勞問題，如非金屬材料的疲勞，優(yōu)化減振器的疲勞壽命。我們希望能獲取盡可能高的精度，因?yàn)榭煽磕途眯苑抡婺軌驇椭覀冇行Э刂飘a(chǎn)品開發(fā)周期。這樣也使得我們能夠比競爭對(duì)手更早地將產(chǎn)品投放市場。”

成功的項(xiàng)目已經(jīng)證實(shí)如上所說是對(duì)的。“得于Siemens PLM Software旗下的LMS解決方案，我們的商用卡車研發(fā)節(jié)約了2千萬元人民幣的研發(fā)成本費(fèi)用。”閆鑫說。他總結(jié)道，“這項(xiàng)新的疲勞工程分析流程給我們帶來了兩個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。我們獲得了中國汽車工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)和一汽集團(tuán)科技創(chuàng)新一等獎(jiǎng)。”