1   車燈行業(yè)CAE技術(shù)需求

汽車車燈作為汽車必不可少的一個(gè)組件，在夜間照明，行車信號(hào)，大霧天氣防撞，轉(zhuǎn)向標(biāo)志等方面發(fā)揮著重要作用，是汽車安全行駛的重要保障。長期以來，人們在做車燈設(shè)計(jì)時(shí)更多的關(guān)注于光學(xué)設(shè)計(jì)，但是隨著市場對(duì)質(zhì)量、精度、亮度及可操作性等要求越來越嚴(yán)格，對(duì)車燈總體的設(shè)計(jì)和分析逐漸被人們關(guān)注。

車燈的氣密性問題一直困擾著車燈的開發(fā)人員，良好的氣密性是提高車燈照明效果，延長車燈使用壽命的重要保證，如果車燈的氣密性不好，將造成車燈內(nèi)引起結(jié)霧、積水、凝霜、破壞透光效果等一系列的問題，直接危及行車安全。車燈的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師在車燈設(shè)計(jì)過程中，可以考慮對(duì)車燈的密封墊圈進(jìn)行分析，提高墊圈的密封質(zhì)量，從而提高車燈的氣密性。

車燈作為汽車的一個(gè)重要組件，模態(tài)及振動(dòng)分析很有必要，目前主機(jī)廠已經(jīng)對(duì)車燈供應(yīng)上提出相應(yīng)的振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)要求，要求車燈在振動(dòng)過程中，車燈及部件的固有頻率，要避免與激振頻率發(fā)生共振，同時(shí)要求在振動(dòng)的情況下，車燈內(nèi)部部件，特別是車燈支架，要求滿足動(dòng)強(qiáng)度要求。

車燈的總體設(shè)計(jì)時(shí)，往往更多的是考慮外觀造型的流線美，而忽略了車燈的選材、溫度場和流場等一系列問題，而在實(shí)際應(yīng)用過程中，局部過熱，造成零件受熱變形、甚至燒熔，冷熱不均勻，造成局部結(jié)霧，車燈內(nèi)部溫度場和流場問題嚴(yán)重影響到車燈的品質(zhì)和質(zhì)量，逐步被客戶和設(shè)計(jì)人員所關(guān)注，如何更好的解決好車燈的散熱問題，讓車燈在滿足外形要求的情況下，通過對(duì)車燈部件和材料進(jìn)行選型，局部進(jìn)行強(qiáng)化處理，提高車燈的散熱性能，對(duì)車燈設(shè)計(jì)提出了更好的挑戰(zhàn)。

2   Simcenter 3D在車燈行業(yè)的應(yīng)用

SIMCENTER 3D在工業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，模擬的方式也更貼近真實(shí)世界的模型，充分發(fā)揮SIMCENTER3D在多物理場分析的卓越能力。SIMCENTER 3D提供了多種類型的求解器，應(yīng)用范圍包括結(jié)構(gòu)靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、優(yōu)化、疲勞、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、熱力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，讓使用者可以更方便針對(duì)不同的問題選用不同的求解器進(jìn)行求解，并可在同一界面中切換不同的求解器，仿真加工流程與不同的環(huán)境歷程，透過穩(wěn)定的并行運(yùn)算效能加速運(yùn)算，直接提供工程師最方便的研發(fā)仿真平臺(tái)。

Simcenter 3D車燈分析的流程圖：

2   車燈結(jié)構(gòu)強(qiáng)度（隨機(jī)振動(dòng)）分析

車燈內(nèi)部部件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度非常重要，汽車的振動(dòng)對(duì)車燈內(nèi)部部件產(chǎn)生影響，要求我們做車燈設(shè)計(jì)時(shí)，要保證車燈內(nèi)部部件，特別是車燈內(nèi)部支架等部件，在汽車在極端車況下，不能夠損壞，能夠保證車燈的正常工作運(yùn)行。使用NX Nastran的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析模塊，對(duì)燈體進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析，模擬車燈在振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)上，承受隨機(jī)激勵(lì)的情況下，分析車燈各部件的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。

2.2車燈模態(tài)分析

車燈作為汽車部件，使用NX Nastran結(jié)構(gòu)分析功能，對(duì)車燈進(jìn)行模態(tài)分析，同時(shí)，在NXNastran中，我們可以分析帶接觸的模態(tài)，能夠更加準(zhǔn)確的分析車燈的固有頻率，從而更加準(zhǔn)確的判定車燈結(jié)構(gòu)是否會(huì)跟外界激勵(lì)頻率發(fā)生共振。

2.3   車燈散熱分析

汽車車燈散熱分析存在幾個(gè)挑戰(zhàn)，從學(xué)科上講，車燈散熱涉及到兩個(gè)有限元的兩個(gè)領(lǐng)域，熱力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)，并且同時(shí)需要考慮熱力學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)的耦合問題，Simcenter 3D的熱流耦合仿真工具能夠完美的解決這個(gè)問題，不需要用戶額外的進(jìn)行控制，能夠自動(dòng)的調(diào)用相應(yīng)的求解器進(jìn)行耦合仿真。從模型上講，車燈的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，特別是內(nèi)部流體域腔體，復(fù)雜車燈可能存在多個(gè)腔體，如何能夠更好的處理車燈的CAD模型，一直困擾著分析工程師，NX提供了強(qiáng)大的建模功能，特別是非參模型編輯修改功能，使得工程師能夠快速的處理車燈模型，并且通過強(qiáng)大的網(wǎng)格劃分功能，快速完成車燈散熱分析模型建立。從仿真模擬上講，車燈傳熱涉及到傳熱的三個(gè)方面，傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，特別是熱輻射是車燈傳熱的主要方式。Simcenter 3D的熱分析中提供了高級(jí)熱輻射技術(shù)，能夠精確地模擬復(fù)雜車燈復(fù)雜腔體的熱輻射傳導(dǎo)問題，其中輻射建?？梢阅M完整的輻射交換的模型、模擬漫射\反射\投射\吸收、幾何體連接問題，其中解算技術(shù)特點(diǎn)，能夠自動(dòng)計(jì)算復(fù)雜封閉腔體的視角系數(shù)、擁有確定性的光線追蹤的鏡反射技術(shù)、能夠排除殘余視角系數(shù)反復(fù)改進(jìn)視角系數(shù)。自由對(duì)流更是更夠模擬車燈實(shí)驗(yàn)的環(huán)境狀態(tài)。

2.4車燈結(jié)霧及冰熔解分析

Simcenter 3D的熱流分析解算方案包含了全面的溫度和霧化模型技術(shù)，能夠通過設(shè)定初始的溫度和濕度條件來模擬霧化和蒸發(fā)過程。同時(shí)可以考慮封閉腔體的密封盒通風(fēng)孔，通過分析得到實(shí)時(shí)的溫度、濕度和水積累量，通過水積累量來判定霧化情況。

車燈在寒冷的溫度下，車燈外面會(huì)結(jié)冰，通過Simcenter 3D的高級(jí)熱流耦合分析，能夠模擬前透鏡上冰融化的過程，通過冰完全融化的總時(shí)間來對(duì)冰熔化的行為進(jìn)行判定，在分析過程中，薄的冰層可以通過帶改變狀態(tài)屬性的殼單元來模擬，冰單元和透光鏡單元之間采用熱固直接耦合來建立熱傳導(dǎo)，通過分析，我們能夠得到冰的性質(zhì)、冰的餾分和冰層的蒸發(fā)時(shí)間等。

2.4分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

日本豐田汽車和美國斯坦利的工程師都使用了Simcenter 3D進(jìn)行了車燈德爾相關(guān)分析，并把分析的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)Simcenter 3D分析的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有高度的一致性，也同時(shí)驗(yàn)證了Simcenter 3D在車燈行業(yè)的分析標(biāo)準(zhǔn)。

3     Simcenter 3D的優(yōu)勢和效益

當(dāng)前，CAE 技術(shù)成為設(shè)計(jì)的主流，企業(yè)已經(jīng)將分析提到新的地位?，F(xiàn)代的產(chǎn)品設(shè)計(jì)完全基于分析模擬和優(yōu)化的結(jié)果，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的最初階段便開始用分析仿真工具，在制造之前全面把握產(chǎn)品的性能，避免不必要的樣機(jī)試驗(yàn)，以縮短設(shè)計(jì)周期，降低成本，從而在激烈的市場競爭中占據(jù)主動(dòng)和有利的地位。可以斷言誰先掌握了這一先進(jìn)的技術(shù)并能盡早地將其成功運(yùn)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，誰就能夠在產(chǎn)品開發(fā)過程中不斷地增強(qiáng)自身的創(chuàng)新能力和應(yīng)變能力，在激烈的市場競爭中占據(jù)主動(dòng)和有利的地位。仿真應(yīng)用就是利用數(shù)值方法研究產(chǎn)品的性能

Simcenter 3D最顯著的特點(diǎn)是對(duì)新流程的支持。其中，在開發(fā)流程中通過無縫共享數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分析與設(shè)計(jì)幾何相關(guān)，徹底消除數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)換和幾何修復(fù)造成的瓶頸，是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與分析并行進(jìn)行、相互作用的關(guān)鍵，是產(chǎn)品開發(fā)成員在明確分工情況下高效協(xié)同的前提，也是構(gòu)成快速創(chuàng)新設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)。Simcenter 3D僅是結(jié)構(gòu)分析與可靠性設(shè)計(jì)的單元技術(shù)，更是嶄新流程的使能工具。