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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。

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。

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。

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。”

Altair公司是世界領先的工程設計技術的開發者之一,也是一家具有全球深厚工程技術底蘊的優秀CAE工程公司。Altair公司擁有多元化的業務主線,其技術涵蓋高端CAE仿真和優化技術、數據管理及流程自動化、高性能計算與網絡計算技術,同時具備一流的產品設計、流程定制、 二次開發等咨詢服務能力。Altair目前為私人所有,總部設在美國底特律,在全球擁有1400多位員工,分支機構遍及美洲、歐洲及亞太地區。憑借其在產 品設計、先進CAE工程軟件開發和網格計算技術等方面擁有25年的經驗,Altair不斷為各個行業的客戶創造競爭優勢。

構建于設計優化、性能數據管理和流程自動化的基礎理念之上,HyperWorks是一個企業級的仿真解決方案,用于加快企業設計開發和決策過程。作為業界 最全面的開放構架的CAE解決方案,HyperWorks包括第一流的建模、分析、可視化和數據管理解決方案,適用于線性、非線性、結構優化、流固耦合和 多剛體動力學等多個領域。

Altair產品設計咨詢團隊(ProductDesign)是一個提供創新的、端對端解決方案的、全球性的多學科產品研發和工程咨詢團隊,向全球客戶提 供全面的工程咨詢服務,其設計方案能夠綜合產品可用性、適用性、高性能、多需求、低成本等多個方面的因素。通過領先的研發流程和豐富的行業經驗,幫助客戶 產品以更快的速度投向市場。