安全第一，CAE 驅動設計的 Maxi-Cosi 兒童座椅開發流程

2016-12-09 by:CAE仿真在線來源:互聯網

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項目介紹

安全是開發兒童座椅的首要設計目標,汽車兒童安全座椅市場專家 Dorel Juvenile 領導設計了一款全新的安全座椅——Maxi-Cosi 雙向調節座椅。為了調查分析最適宜的設計方案,并考慮現實事故中的沖擊力,Maxi-Cosi 求助于 Code Product Solutions 公司,這是一家通過 CAE 技術為客戶提供產品開發和優化的工程咨詢與服務公司。在產品開發過程中,Code Product Solutions 公司的工程師應用了全套 Altair HyperWorks CAE 模塊,包括 RADIOSS®碰撞仿真,OptiStruct®計算塑料部件中傾斜系統的高應力區,HyperMesh®前處理, HyperGraph®和 HyperView®后處理。

除了 HyperWorks 之外,Code Product Solutions 公司還應用了 Altair PBS ProfessionalTM,這是一個商業級的高性能作業調度和資源管理平臺。如此可以實現 MADYMO 假人模型與 RADIOSS 和 Moldflow 聯合仿真。TASS 的 MADYMO 假人模型來自 Altair 合作伙伴聯盟(APA)的 TASS,APA 通過共享 HWU 許可證的模式,在不增加 Altair 客戶企業成本的同時,提供了廣泛的第三方解決方案。通過 Altair 的技術解決方案,Code Product Solutions 公司的工程師在完成設計需求的同時大大降低了研發時間和成本。

Harold van Aken負責帶領他的團隊在這個項目中進行虛擬開發和碰撞仿真。 Code Product Solutions 是一個工程和咨詢公司 , 通過應用 Altair HyperWorks模塊等CAE工具為企業客戶提供產片的研發和優化。這家公司的宗旨是成為一個值得信賴的合作伙伴,使產品研發更加高效化,幫助客戶節約研發時間和成本,并保證產品的綜合性能。

工程服務和咨詢提供了例如設計、材料、產品工藝等方面的開發建議。很多公司在產品研發的后期才進行仿真分析,但當產品基本成型時再去修改成本
會很高。Code Product Solutions公司在研發的設計階段早期就進行仿真分析,在設計決策提出之前就針對產品的重量和性能進行優化設計。

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挑戰

項目的初始目標是基于 Maxi-Cosi 的已有產品 FamilyFix 座椅進行修正,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制標準,并且通過法律明確了不同年齡、體重和身高的兒童座椅規范。

通常規范被分為三個階段:對于剛出生的嬰幼兒,需要使用向后朝向的嬰兒座椅;對于幼齡兒童應當使用向前朝向的兒童座椅;對于年齡再大一些的兒童,應當使用輔助軟墊。設計的最大挑戰在于雙向調節的設計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構改變。van Aken 表示:“憑借我們在注塑成型設計準則、材料選擇方面的豐富經驗以及 HyperWorks 數值分析的領先技術,這些工程上的挑戰才被克服。”
嬰幼兒的座椅要求向后朝向,這是因為這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還不足以很好的控制他們的頭部,在碰撞發生時尤為明顯。

Dorel Juvenile 認為應該在這個項目中執行最新的歐洲兒童安全座椅標準 I 規范,這需要融合更多的設計功能以及附加的相關設計要求,因此這個商業案例幾乎對兒童安全座椅進行了重新設計。

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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 驅動設計使得重新設計座椅底座的開發流程更加高效。得益于 Altair 的 HyperWorks CAE 解決方案中的虛擬碰撞實驗模塊,在設計流程中無需物理樣機和中間設計的物理測試,并且工程師在詳細設計的第一階段就得到了正確的設計方案。

Dorel Juvenile 創新技術經理 Peter Stokman 證實 Code Product Solutions 公司的仿真結果有助于 2wayPearl
兒童安全座椅的設計。”

van Aken 表示:“最初的 CAD 模型由我們 CAE 供應商的 CAD 系統建立,接下來的網格模型由 HyperMesh 建立。HyperMesh 在這個項目中的最大優勢是中面網格建模的能力,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準化求解器 RADIOSS 中進行計算。”HyperCrash 用來進行模型檢查,假人模型定位和安全帶的纏繞。為了充分發揮工程設計的能力,Code Product Solutions 公司應用了一套自身設計的軟件,這套軟件可以自動建立給定模型的 12 個設計工況下仿真載荷步。工程師只需要導入不同的座椅模型視角,軟件自動建立碰撞模型的載荷工況,從而采用 RADIOSS 進行仿真分析。

這是 Code Product Solutions 公司應用 RADIOSS 進行復雜碰撞模型分析的標準化軟件。并且,HyperView 的自動生成報告工具通過導出更多的解決方案最大化的增加了本次工程項目的價值。詳細的 PDF 報告在分析結束之后自動生成,并且包含結果質量檢查、能量等級、截面的力應力和應變從而快速比較不同的設計概念。van Aken 表示本次項目取得了令人滿意的結果和很大的收獲:“我們對本次項目的設計結果和效率非常滿意。設計完全滿足了新的歐洲 I 等級座椅標準,并且為我們的客戶有效的降低了成本。如果沒有 CAE 驅動設計, 本次項目不可能實現。除了合理的 CAE 設計進程,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算集群的硬件和軟件資源。”

重新設計主要由塑料替換原有的鋼鐵材料。這個變化還伴隨著大量的載荷工況定義(總共 12 個),這需要大量的仿真次數從而獲取結構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計最終取得了成功。

結論

如果沒有 CAE 工具,工程師唯一的選擇只能是實驗并進行誤差分析。這種方式很有可能無法滿足所有的設計工況,或者將極大的增加時間成本和財務成本。所以,對仿真的正確認識是發展座椅行業關鍵。van Aken 總結說: “Altair HyperWorks 軟件,尤其是 HyperMesh、OptiStruct、RADIOSS 和 HyperView 都是我們日常工作的標準化工具,幫助我們更好地為 Dorel Juvenile 等客戶服務,設計出創新的產品并縮短設計周期。”