汽车工业CAE解决方案

汽车工业CAE处理方案

摘要：本文简介了CAE在汽车工业中的重要作用和地位，同步对汽车研究设计的详细内

容和有关CAE软件的对应关系进行了详细分析。针对目前几种经典时应用需求，本文给出

了曙光对应的处理方案，并列举了之前的某些成功案例供参照。

L关键词:CAE、汽车、高性能计算

2.CAE简介

CAE(ComputerAidedEngineering)即计算机辅助工程，广义B、JCAE应当包括计算机辅

助于工程和产品研发的所有方面，不过老式口勺CAE重要指用计算机对工程和产品的功能、

性能与安全可靠性进行计算分析；进而扩充到对未来产品的工作状态和运行行为进行模拟仿

真，及早发现设计缺陷，改善和优化设计方案，证明未来工程和产品H勺可用性与可靠性：并

对工程的施工过程和产品的加工、成型过程进行模拟仿真，优化工艺流程，提高工程或产品

的质量和生产效率。

3.CAE来源于20世纪50年代中期。实用

的CAE软件诞生于20世纪70年代初期。

从1970年至！J1985年的23年间，是CAE

软件的功能和算法的扩充和完善期，到了

20世纪80年代中期，国际上逐渐形成了

数十个商品化的通用和专用的CAE软件。

4.CAE是工程科学家进行科学和技术研究

的三大手段之一，可以协助科学家揭示用

物质试验手段尚不能揭示或很难揭示的

科学奥秘和科学规律；同步也是支持工程

师进行创新设计的最重要的工具和手段,

其应用领域越来越大，已广泛应用于航空

航天、汽车、土木、机械、材料分析等诸

多领域，成为构造性能分析与仿真的一种

非常有效的手段，也是现代设计措施中的

一种重要领域。

5.汽车工业与CAE

汽车工业代表着•种国家制造业发展的水平，它不仅是带动面最广泛的工业，并且是高

新技术的最大载体，一般航空、航天领域的高精尖技术只有通过汽车工业才能转化为规模产

业，因此汽车工业是或曾是几乎所有发达国家日勺支柱产业。作为制造业的中坚，汽车工业一

直是CAE应用的先锋。CAE技术的应用，有效地推进了汽车制造业的前进；汽车业H勺需求

也极大地带动了CAE。数年来，汽车业的选型趋向一直是CAE技术发展的晴雨表，也是业

内人士关注日勺焦点。

5.1.在汽车产品的研发过程中，CAE已经成为设计

链中必须的条件，没有CAE分析的设计就不能进

入下一种技术流程。新产品开波及到的疲劳、寿

命、振动、噪声等强度和刚度问题，可成熟地在设

计阶段处理，这样就可以大幅度提高设计质量，

缩短产品开发周期，节省大量开发费用。

5.2.汽车工业CAE应用分类

1.CAE分析贯穿了汽车开发H勺全过程，小到螺栓预紧力分析，大到整车碰撞模拟和整车

NVH（噪声、振动和声振粗糙度）分析,CAE分析都发挥了无可替代的优势和作川。

CAE分析范围覆盖了构造、流体力学、多体动力学、被动安全、工艺、整机合整车性

能等方方面面。概括起来，目前汽车开发过程中的CAE分析重要包括：

2.构造强度、刚度和模态分析及构造优化设计。汽车构造有限元分析的应用体现于：一

是在汽车设计中时所有的构造件、重要机械零部件口勺刚度、强度和稳定性进行分析；

二是在汽车H勺计算机辅助设计和优化设计中，用有限元法作为构造分析日勺工具；三是

在汽车构造分析中普遍采用有限元法来进行各构件口勺模态分析，同步在计算机屏幕上

直观形象地再现各构件的振动模态，深入计算出各构件口勺动态响应，较真实地描绘出

动态过程，为构造H勺动态设计了提供以便。

3.噪声、振动与不平顺性(NVH)分析。有限元法除了广泛应用于汽车构造分析外，还可

应用r车身内日勺声学设计，通过车身内声模态与整机模态口勺耦合，评价乘员感受的噪

声，并进行噪声控制。

4.疲劳寿命与可靠性分析。汽车产品设计已进入有限寿命设计阶段，规定汽车在设计的

有效期内整车和零部件完好，不产生疲劳破坏；而抵达有效期后，零部件尽量多地抵

达损伤。以求产品轻量化，节省材料和节省能源。

5.碰撞与安全性分析。汽车模拟碰撞分析的FI的就是为了提高汽车被动安全性能。对于

汽车被动安全性能的规定，•是在碰撞时，车身构造、驾驶系统、座位等能吸取较高

能量，缓和冲击；二是发生事故时，保证车内乘员生存空间、安全气囊、座椅安全带

等对乘员H勺保护功能，以保证乘员安全并在碰撞后轻易进行车外救济和脱险。

6.气动或流场分析。伴随计算机技术日勺飞速发展，应用计算流体力学(CFD)措施来预测

汽车车身外部流场已成为也许。CFD在汽车领域中的绝大部分应用都集中于进行汽

车外流场日勺数值模拟。在内燃机的设计和开发中,CFD己经被作为一种重要而有效口勺

工具加以运用。

7.汽车的可操纵性分析。车辆口勺可操纵性分析是指运用整车多体动力学模型，在驾驶人

员采用不同样驾驶措施的状况下，对车辆的侧倾稔定性进行仿真研究，还可以预测车

辆在多种极限条件下的性能。

5.3.整车性能的分析评价与预测。从整体的角度对汽

车的多种性能进行分析和预测，包括汽车的空气

动力学特性、声学特性、振动特性、操纵稳定性、

乘坐舒适性、碰撞安全性等。

5.4.汽车工业常用CAE软件

」目前，国内汽车工业进行CAE分析以使用国外成熟日勺商业软件为主，也有少许自编程

软件。常用的CAE软件如下：

▲前后处理Hyperworks,Patran

上碰撞分析LS-Dyna,Pam—Crash、Radioss

d机械动力学仿真Adams

」非线性分析Ansys,Abaqus,Marc

・疲劳分析Fatigue

▲流体分析Fluent,Star-cd,AVL-Fire

)锻压过程仿真SuperForge

」汽车内噪音预测分析Akusmod

A多学科智能优化iSight

[汽车自动化建模SOFY

1发动机热力学分析GT-Power

工整车性能分析GT-Drive

6.曙光的汽车CAE处理方案

6.1.由于受到计算机硬件价格和技术的制约，初期

的汽车CAE软件大多运行在工作站甚至是配置较

高的个人PC机上。然而，伴随汽车设计对CAE

计算精度规定的日益提高,CAE的计算规模和复

杂程度迅速增长，个人PC机早已不能满足应用需

求，目前大部分的汽车CAE软件都在高性能服务

器上进行。针对不同样的汽车CAE软件和不同样

的计算规模，曙光企业给出了如下几种经典方案

供顾客参照：

6.2.方案一

•个人工作站

节点型号A440r-F(1台)

CPU:2*AMDOpteron2023DAWNING

内存:876G

硬盘:4*SATA(Raid0)

OS:WindowsXP64bit

基本配置

专业图卡：NvidiaQudroFX1500-5500

(256MB-1GB)

专业图卡：NvidiaQudroFX1500-5500

(256MB-1GB)©

合用范围小规模汽车CAE模拟n

HyperworksxPatran、Fluent、Star-cd、AVL-Firc、

合用软件

Ls-dyna>Pam-crash、Radioss等

63方案二

•工作组服务器一SMP

节点型号A950r-F(1台)

CPU:8*AMDOptcron8000

内存:32-64G

基本配置硬盘:4*SCSI/SAS(Raid0)

OS:RedHat/SuSe/WCCS

OS：RedHat/SuSe/WCCS

合用范围陷式构造分析软件日勺中、大规模计算

合用软件Ansys、Abaqus、Marc、Nastran等

6.4.方案三

•工作组服务器-Cluster

单元、控制计算流程和搜集计算成果

除了参与计算外，还负责读入数据、分派计

算单元、控制计算流程和搜集计算成果

6.5.方案四

•工作组服务器・Blade

节点型号TC2600（l〜4台）

CPU:2*AMDOpteron2023

内存:4~8G（主节点内存加倍）

硬盘：1*SAS

基本配置

OS:RedHat/SuSe/WCCS

网络:GigaE!Infiniband

网络:GigaE/Infiniband

CFD软件和显示构造分析软件

合用范围日勺中小规模（I台）、大规模（2〜

2台）和超大规模（2〜4台）计

算

FluentsSiar-cd、AVL-Fire^

合用软件Ls-dyna、Pam-crash、Radioss

等

7.曙光服务器在汽车行业的CAE应用案例

7.1.案例一

顾客单位长春一汽

4台R4380A.用千兆以太网连接，每台R4380A配置四路双核CPU,整套服务

服务器配

器合计32CPU

置

实行日期2023年9月

顾客使用FORTRAN编译器ABSOFT9QSTARCD版）、商业Fluent软件和

STAR-CD软件,模拟汽车行驶过程中车体所受风载以及发动机内部的复杂流

使用状况

场。几种月的使用成果表明以上软件在曙光机群上运行稳定，且具有较高日勺计

算效率，大量的计算成果为汽车设计提供了强有力的埋论支持，大大缩短了设

计周期，节省了研发经费。

7.2.案例二

顾客单位清华大学汽车系

服务器配8台双路AMDOpteron节点机集群：

置

实行日期2023年

顾客使用商业Fire、Fluent>STAR-CD软件，对汽车H勺外流场和发动机的内流

场进行模拟。三年多日勺使用成果表明，曙光机群对上述软件日勺并行可以很好日勺

支持，且具有较高的并行效率。尤其是全流场模拟和精细网格流场模拟，此类

使用状况

在此前的计算机硬件条件下主线无法实行的大规模计算，在曙光机群上可以顺

利完毕。

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