数字化仿真分析技术助力汽车轻量化设计
数字化仿真分析技术助力汽车轻量化设计
在汽车领域，随着政府对燃油经济性和二氧化碳排放标准的法规（CAFE）的建立和用户对低油耗汽车需求的不断增长，为了实现燃油经济性和满足二氧化碳排放标准，各个主机厂出台了各种不同的解决方案，而汽车轻量化技术应运而生，并成为重要的解决方案。
以国产某车型进行的轻量化减重后油耗、制动性能及动力经济性试验结果表明：
（1）动力经济性试验
减重100kg后，0-100km/h加速动力性提升7%，
加重100kg后，0-100km/h加速动力性下降11%，
加重200kg后，0-100km/h加速动力性下降15%，
（2）常规制动性能试验
整备质量每降低100kg，低速时，制动距离缩短2～7m ，整备质量每降低 100kg，高速时，制动距离缩短1～2m ；
（3）油耗试验
每减重100kg，油耗降低（0.1～0.29）L/100km ，降低率1.4%～4%。
随着塑料制品新的成型工艺如Mucell，RTM，SMC的日益成熟，以及长、短纤维材料和连续纤维符合材料的广泛应用，以塑代钢及传统塑料制品的进一步轻量化必然为整车的轻量化带来更大的优化空间。并使其成为汽车轻量化技术主要的手段之一。
目前上多数轿车的塑料用量（整车塑料用量）已经超过120千克/辆；部分欧洲高级轿车塑料使用量甚至达到250～450千克/辆。而民族品牌轿车的塑料用量普遍才80～100千克/辆，仅占汽车自重的5%～10%，仍处于较低水平。
汽车轻量化设计的典范，荣膺2014年红点设计大奖“至尊奖”(best of the best)的创新纯电动汽车BMW i3其车重1250KG，比传统电动车轻250-350KG，如下图所示BMW i3所采用的全碳纤维的座舱（LifeDrive 架构）在保证其车体强度远大于同类型的钢铁车身同时使得CFRP（碳纤维增强塑料）的重量占到整个车身重量的49.41%，是其实现车身轻量化的关键。
随着汽车轻量化技术的不断深入以玻纤增强材料替代金属材料作为车身结构件已成为行业发展趋势，但是玻纤增强材料所特有的各向异性给产品设计和开发带来了非常大的困难，如何准确判断玻纤在成型产品中的取向分布及由此引起的材料性能的各向异性是所有开发人员必须面对的问题。
基于客户在轻量化方面的仿真需求，欧特克公司构建了以Autodesk Mold?ow深 层次注塑成型分析为核心，结合Autodesk CFD先进的流体及热分析，Autodesk Simulation Mechanical + Autodesk Nastran专业的结构及力学分析，Autodesk Helius PFA符合材料设计及验证分析的多工况和多物理场的联合分析解决方案。特别是针对纤维填充塑料和复合材料，通过 Helius PFA 及其AME接口，可轻松的将Mold?ow分析所获得的塑料制品在成型过程中产生的残余应力以及材质属性转入到结构分析软件中（同时支持Abaqus，Ansys）进行进一步的结构优化和性能验证。并创新性的实现了异步的工作流程，极大的提高了联合仿真的分析效率。
利用Autodesk Mold?ow注塑成型分析获得产品在成型后的材料的各向异性特性，通过与有限元软件的接口，得到各向异性的力学模型，将大多数力学性能验证在设计阶段解决。
长安汽车通过欧特克的仿真分析解决方案，成功实现其某车型的前端模块的全塑料轻量化设计。并通过产品结构优化、模具浇口位置优化和成型工艺的优化，产品重量由初设计的4.8kg降低为4.53kg（6%），产品成型后的大变形由1.82mm减小到1.66mm 变 为（9.6%），产品刚度提升了10%。
通过将材料的各向异性特性准确的映射到结构分析CAE模型中可提升计算结构CAE的求解精度，提高验证可靠性；降低产品重量，节约材料成本；降低产品厚度，加快生产效率。
通过欧特克所提供的异步的仿真分析流程，优化传统开发流程，将产品力学问题在设计阶段解决。通过虚拟验证替代试验验证，缩短开发周期，节约大量开发成本，降低开发风险。
同时欧特克还提供了基于强大的Nastran求解器的拓扑结构优化设计功能，基于给定的约束和载荷工况，自动获得佳的产品几何结构真正实现了以仿真驱动设计的变革，将优化设计贯穿整个设计过程。
总结
◆ CAE仿真分析技术是轻量化必备的设计利器；
◆联合仿真技术（复合材料成型\结构力学仿真整合）可有效推动复合材料的低风险应用；
◆多学科\多目标的同步优化工具是实现车身轻量化的有效的工具。
欧特克致力于提供基于同一数字模型的全面分析解决方案，为产品在设计初期实现佳化设计提供了有力的支持！
标识如何为汽车工业保驾护航
造假不再只是消费电子产品、药品和时装设计行业存在的问题。造假商品已成为汽车工业的一个主要问题，特别是在售后市场。汽车和卡车零配件市场已经出现包括滤油器、空气过滤器、车轮、火花塞、制动盘、制动垫甚至气囊等重要内部组件在内的非法造假产品。由于未经过原始设备制造商(OEM) 正品组件的制造流程、安全测试和质量标准，这些伪造零件存在一些非常严重的安全和经济问题。
根据卫生组织(WHO)的报告，每年因有缺陷的伪造汽车零件死亡的人数达 36000人，受伤的人数达150万人 。此外，伪造零件还会损害汽车制造商的利润。美国商务部估计，越来越多的假冒伪劣零件导致汽车工业每年损失约120亿美元的利润，同时损失20万个制造岗位 。后，有缺陷的零件和具有潜在危险的零件会对汽车制造商具价值的资产——品牌声誉造成不利影响。
国际标准
为保护消费者以及知识产权，各地已通过了多项安全和防伪立法。制造商可采取积极的步骤以改善情况。作为保护消费者安全的一种附加措施，还制定了可追溯性标准检验OEM零件的真伪，从而减少伪造组件。
普遍采用的标准是由国际公认的国际标准化组织(ISO) 制定的ISO/TS16949 标准，由该组织创建的标准在包括北美和欧盟在内的164个/地区均被接受。该标准是与国际汽车特别工作组 (IATF) 共同制定的汽车工业标准，要求汽车设计商和制造商持有第三方验证的质量管理认证 。这其中包括可追溯性条款，要求制造商清晰标识并记录其产品。制造商可通过展示其符合 ISO/TS16949标准，而在那些供应商要求ISO认证的利润丰厚的市场和 / 地区赢得新业务。
提高可追溯性
在可追溯性方面，OEM及其组件供应商可利用多种技术确保只有高质量的零件才可用于汽车生产。直接零件标识(DPM) 技术可直接在零件上喷印一维和二维条码以标识原始组件。DPM具有耐用性，标识持久度与零件寿命一样长，并且不受任何环境条件的影响。针对多数的汽车零件制造材料，包括塑料、金属、铝、木材、皮革和玻璃等，有多种 DPM 方法可用。这些编码可用于确认在整个供应链中使用的零件是否是正品，从而减少伪造产品的数量，确保在汽车制造和零件更换或修理领域只使用高质量的零件。
DPM技术包括激光标识、小字符喷印(CIJ)、点式打标和电化学蚀刻。在确定所需的技术类型时，重要的是要考虑要标识的材料或材质类型。另一个需要考虑的关键因素是生产线本身。例如，该技术在自动化程度很高的生产线上能够良好运行吗？
激光标识
◆激光标识利用的是热能而不是墨水在汽车零件上标识编码。这种方法被认为是高度灵活的非接触式标识技术，非常适用于“难以标识”的表面。例如，CO2激光打码机可用于在玻璃和合成材料上标识编码，而固态激光打码机更适用于铝、铜、钛、铁、钢、镁和陶瓷等材料。激光技术可提供高耐磨性标识，从而提高编码的耐用性和持久性。激光标识系统可自动运行，所需维护很少，支持快速打码。打码方法包括烧蚀、刻印、回火、漂白、内层刻印和压裂。
小字符喷印
◆小字符喷印(CIJ)技术是另一种非接触式喷码技术，它可以在多种材质上喷码，而不损坏或影响零件表面。CIJ技术通过喷头向喷印目标喷射一串墨滴，几乎可在任何表面（平滑或不规则）喷印，可在组件的侧面、顶部、底部或内部喷码。CIJ喷印技术通过指定正确的墨水可适用于各种表面，其初始投资成本一般低于激光标识系统。这使得CIJ成为经济实惠，适用于中低产量生产商的解决方案。然而，OEM应记住，CIJ技术需要彻底清洁已标识的产品以获得清洁的编码，可能增加生产流程步骤、时间和资源成本。另外，大多数喷码可使用某些溶剂去除。
点式打标
◆点式打标技术使用缩进销为编码中的每个点创建一个凹痕。进行精确识别所需的对比度源自凹痕和产品表面反射出的光的差异。该技术适用于铝、铜、铁、钢，需要较低的初始投资，可提供持久的标识。点式打标技术可确保高耐磨性，允许加大生产线的流动性。然而，该技术并不适用于使用较薄或较脆弱材料制成的组件。
电化学蚀刻
◆电化学蚀刻通过电解去除材料表层，可在铝、铜、钛、铁、钢和镁等材质上提供高质量标识。该技术易于使用且价格低廉。该技术可提供高分辨率黑色蚀刻标识，可用于软金属和全硬化金属。然而，电化学蚀刻灵活性有限，因其只能用于金属导电材料，且每个编码都需要预先成型的模具。
事实是，伪造零件产业是一个大生意；这些零件一旦进入汽车供应链，就会建立一个不安全的消费环境，造成汽车工业损失数十亿的利润，以及损害来之不易的汽车品牌声誉。造假非法，各国政府都在协同全力阻止交易中的伪造行为，汽车工业也有可利用现有制造流程，如DPM技术，来防止伪造。这套解决方案可验证正品OEM零件，减少汽车上伪造零件的安装数量。严格的国际供应链标准，如ISO/TS16949，要求组件在整个供应链中具有可追溯性。有多种DPM方法可用于在范围广泛的材料上标识一维或二维条码，包括激光标识、CIJ、点式打标和电化学蚀刻，这些方法适用于任何现有生产线。这些编码可在汽车供应链的任何阶段验证正品零件。这些标识技术符合安全和质量标准，是汽车工业保护其利润、品牌声誉以及公众利益的一种非常好的方法。
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