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Ansys高校計(jì)劃 | 仿真驅(qū)動最佳車輛設(shè)計(jì)

2020-04-03 19:57:57·  來源：Ansys  
　
邦奇動力太陽能團(tuán)隊(duì)2018年在智利贏得Carrera Solar Atacama錦標(biāo)賽（所有照片均由Geert vanden Wijngaert拍攝）工程團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)和駕駛太陽能汽車時(shí)，需要盡可能實(shí)
邦奇動力太陽能團(tuán)隊(duì)2018年在智利贏得Carrera Solar Atacama錦標(biāo)賽（所有照片均由Geert vanden Wijngaert拍攝）
 
工程團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)和駕駛太陽能汽車時(shí)，需要盡可能實(shí)現(xiàn)能效最大化。為此，邦奇動力太陽能團(tuán)隊(duì)（Punch Powertrain Solar Team）應(yīng)用仿真驅(qū)動設(shè)計(jì)，以確保汽車能夠優(yōu)化能源的采集和利用。這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)而將比賽提升到一個(gè)全新高度，汽車能夠像路航一樣捕獲風(fēng)能，達(dá)成這個(gè)新高度是太陽能團(tuán)隊(duì)在其它方面對汽車做出的改進(jìn)，而且是歷時(shí)五個(gè)月進(jìn)行了500多次仿真的成果。
 
前邦奇動力太陽能團(tuán)隊(duì)成員Adrian Baiets表示：“所有賽隊(duì)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(xué)與工業(yè)研究組織（CSIRO）技術(shù)創(chuàng)新獎。我相信在未來幾年，我們還會不斷看到其他賽隊(duì)在汽車設(shè)計(jì)上運(yùn)用類似機(jī)制。”
 
設(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(xué)氣流。”
 
仿真顯示了側(cè)風(fēng)如何能在太陽能汽車上產(chǎn)生路航效應(yīng)
 
世界太陽能車挑戰(zhàn)賽澳大利亞賽道上的某個(gè)特定區(qū)域以側(cè)風(fēng)聞名，太陽能團(tuán)隊(duì)意識到側(cè)風(fēng)是獲得額外能量的絕佳機(jī)會。Baiets表示：“我們已經(jīng)實(shí)現(xiàn)4輪轉(zhuǎn)向，那么為什么不將所有輪子放在一個(gè)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(gè)角度可以使汽車產(chǎn)生路航效應(yīng)并實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的空氣動力學(xué)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(fēng)進(jìn)行仿真和設(shè)計(jì)的。但加入偏航角就意味著太陽能團(tuán)隊(duì)需要開展一套完全不同的仿真方案，需要把側(cè)風(fēng)考慮進(jìn)來，為開展這類仿真及其它空氣動力學(xué)仿真，該團(tuán)隊(duì)在ANSYS Fluent中自動運(yùn)行工作流程。
 
自動化工作流程實(shí)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(diào)整賽車所需的時(shí)間，仿真團(tuán)隊(duì)只有5-6個(gè)月的時(shí)間來完成賽車設(shè)計(jì)。這對于設(shè)計(jì)概念的形成、設(shè)計(jì)優(yōu)化并確保設(shè)計(jì)符合比賽規(guī)則來說，這點(diǎn)時(shí)間顯然捉襟見肘。因此，太陽能團(tuán)隊(duì)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(xué)設(shè)計(jì)的太陽能團(tuán)隊(duì)成員Emmerick Vandervelpen表示：“我們采用的是迭代方法。我們先完成基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，然后嘗試逐步優(yōu)化每一個(gè)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(shí)間，盡可能多地運(yùn)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(gè)工作流程，這樣我就能一直運(yùn)行仿真。利用Fluent中的日志功能，我可以設(shè)置仿真并讓它們徹夜運(yùn)行，系統(tǒng)可以自動加載新的仿真，隨后我會在早上評估結(jié)果并安排下一組仿真任務(wù)。” 太陽能團(tuán)隊(duì)的工作流程非常高效，他們僅僅在5個(gè)月的時(shí)間里就完成了500多次仿真任務(wù)。
 
仿真驅(qū)動設(shè)計(jì)成功
 
利用仿真采集到的數(shù)據(jù)，太陽能團(tuán)隊(duì)能夠?qū)⑵嚨淖枇Ρ戎败囆徒档?0%。Vandervelpen指出：“如果沒有仿真，就難以了解設(shè)計(jì)改動所產(chǎn)生的影響，運(yùn)行仿真需要時(shí)間，但只要一天就能掌握設(shè)計(jì)改動對空氣動力學(xué)的影響。所以理論上，每天我們都向最佳車輛設(shè)計(jì)靠近一步。”
 
Ansys高校計(jì)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(diǎn)，截至目前，已經(jīng)與超過三百家院校簽訂教學(xué)合作協(xié)議，開設(shè)Ansys相關(guān)工程仿真課程及仿真實(shí)驗(yàn)室。自2017年起，Ansys就積極參與到教育部“產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目”中，投入大量資金和技術(shù)資源，聯(lián)合相關(guān)院校，以工程仿真產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的最新需求推動高校人才培養(yǎng)的改革。為了進(jìn)一步將理論學(xué)習(xí)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，提升在校學(xué)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(rèn)證項(xiàng)目”，學(xué)生可以通過老師統(tǒng)一組織或自行報(bào)名參加考試，通過后獲得教育部頒發(fā)的認(rèn)證證書。同時(shí)，Ansys還提供免費(fèi)學(xué)生版軟件，培訓(xùn)視頻以及大量教學(xué)算例，認(rèn)證考試教材，極大地豐富了高校教學(xué)資源。
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