【行业动态】CAE驱动Maxi-Cosi儿童座椅设计开发流程

>>>> 简介

安全是开发儿童座椅的首要设计目标,汽车儿童安全座椅市场专家 Dorel Juvenile 领导设计了一款全新的安全座椅——Maxi-Cosi 双向调节座椅。为了 调查分析最适宜的设计方案,并考虑现实事故中的冲击力,Maxi-Cosi 求助于 Code Product Solutions 公司,这是一家通过 CAE 技术为客户提供产品开发和 优化的工程咨询与服务公司。在产品开发过程中,Code Product Solutions 公 司的工程师应用了全套 Altair HyperWorks CAE 模块,包括 RADIOSS®碰撞仿真,OptiStruct®计算塑料部件中倾斜系统的高应力区,HyperMesh®前处理, HyperGraph®和 HyperView®后处理。

项目的初始目标是基于 Maxi-Cosi 的已有产品 FamilyFix 座椅进行修正,这样可以直接添加向后放置座椅的功 能。很多国家都制定了儿童乘客强制标准,并且通过法律明确了不同年龄、体重和身高的儿童座椅规范。

通常规范被分为三个阶段:对于刚出生的婴幼儿,需要使用向后朝向的婴儿座椅;对于幼龄儿童应当使用向前 朝向的儿童座椅;对于年龄再大一些的儿童,应当使用辅助软垫。设计的最大挑战在于双向调节的设计要求以及减 小和修改包装空间带来的载荷增加。尤其是向前朝向工况的支撑柱需要很大的结构改变。van Aken 表示:“凭借 我们在注塑成型设计准则、材料选择方面的丰富经验以及 HyperWorks 数值分析的领先技术,这些工程上的挑战才 被克服。”

婴幼儿的座椅要求向后朝向,这是因为这种坐姿可以减少正面碰撞对婴幼儿的伤害。新生儿和婴儿在没有支撑 时还不足以很好的控制他们的头部,在碰撞发生时尤为明显。

Dorel Juvenile 认为应该在这个项目中执行最新的欧洲儿童安全座椅标准 I 规范,这需要融合更多的设计功能 以及附加的相关设计要求,因此这个商业案例几乎对儿童安全座椅进行了重新设计。

Dorel Juvenile 和Code Product Solutions公司的紧密合作以及通过CAE驱动设计使得重新设计座椅底座的开 发流程更加高效。得益于Altair的HyperWorks CAE解决方案中的虚拟碰撞实验模块,在设计流程中无需物理样机 和中间设计的物理测试,并且工程师在详细设计的第一阶段就得到了正确的设计方案。

Dorel Juvenile 创新技术经理 Peter Stokman 证实Code Product Solutions 公司的仿真结果有助于 2wayPearl儿童安全座椅的设计。”

van Aken 表示:“最初的CAD模型由我们CAE供应商的CAD系统建立,接下来的网格模型由HyperMesh建立。HyperMesh在这个项目中的最大优势是中面网格建模的能力,尤其在碰撞模型中最为明显。碰撞模型在我 们的儿童座椅显式分析标准化求解器 RADIOSS 中进行计算。”HyperCrash用来进行模型检查,假人模型定位和 安全带的缠绕。为了充分发挥工程设计的能力,Code Product Solutions公司应用了一套自身设计的软件,这套软 件可以自动建立给定模型的 12 个设计工况下仿真载荷步。工程师只需要导入不同的座椅模型视角,软件自动建立 碰撞模型的载荷工况,从而采用RADIOSS进行仿真分析。

这是Code Product Solutions公司应用RADIOSS进行复杂碰撞模型分析的标准化软件。并且,HyperView 的自动生成报告工具通过导出更多的解决方案最大化的增加了本次工程项目的价值。详细的 PDF 报告在分析结束之后自动生成,并且包含结果质量检查、能量等级、截面的力应力和应变从而快速比较不同的 设计概念。van Aken 表示本次项目取得了令人满意的结果和很大的收获:“我们对本次项目的设计结果和效率非 常满意。设计完全满足了新的欧洲 I 等级座椅标准,并且为我们的客户有效的降低了成本。如果没有 CAE 驱动设计, 本次项目不可能实现。除了合理的 CAE 设计进程,我们还通过 PBS Professional 减少了硬件和软件资源消耗。这 帮助我们最大化的利用了我们的高性能计算集群的硬件和软件资源。”

重新设计主要由塑料替换原有的钢铁材料。这个变化还伴随着大量的载荷工况定义(总共 12 个),这需要大 量的仿真次数从而获取结构壁厚以及筋板位置的布置方案。多种性能要求的组合使本次设计最终取得了成功。

如果没有 CAE 工具,工程师唯一的选择只能是实验并进行误差分析。这种方式很有可能无法满足所有的设计 工况,或者将极大的增加时间成本和财务成本。所以,对仿真的正确认识是发展座椅行业关键。van Aken 总结说: “Altair HyperWorks 软件,尤其是 HyperMesh、OptiStruct、RADIOSS 和 HyperView 都是我们日常工作的标准化 工具,帮助我们更好地为 Dorel Juvenile 等客户服务,设计出创新的产品并缩短设计周期。”

Altair公司是世界领先的工程设计技术的开发者之一,也是一家具有全球深厚工程技术底蕴的优秀CAE工程公司。Altair公司拥有多元化的业务主线,其技术涵盖高端CAE仿真和优化技术、数据管理及流程自动化、高性能计算与网络计算技术,同时具备一流的产品设计、流程定制、 二次开发等咨询服务能力。Altair目前为私人所有,总部设在美国底特律,在全球拥有1400多位员工,分支机构遍及美洲、欧洲及亚太地区。凭借其在产 品设计、先进CAE工程软件开发和网格计算技术等方面拥有25年的经验,Altair不断为各个行业的客户创造竞争优势。

构建于设计优化、性能数据管理和流程自动化的基础理念之上,HyperWorks是一个企业级的仿真解决方案,用于加快企业设计开发和决策过程。作为业界 最全面的开放构架的CAE解决方案,HyperWorks包括第一流的建模、分析、可视化和数据管理解决方案,适用于线性、非线性、结构优化、流固耦合和 多刚体动力学等多个领域。

Altair产品设计咨询团队(ProductDesign)是一个提供创新的、端对端解决方案的、全球性的多学科产品研发和工程咨询团队,向全球客户提 供全面的工程咨询服务,其设计方案能够综合产品可用性、适用性、高性能、多需求、低成本等多个方面的因素。通过领先的研发流程和丰富的行业经验,帮助客户 产品以更快的速度投向市场。