HyperWorks帮助BorgWarner实现确定温度和机械应力对涡轮增压器共同作用的流程自动化

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行业：汽车

挑战：捕捉温度如何影响机械应力

Altair 解决方案：捕捉温度如何影响机械应力

优点：更快、更准确；后处理客户化；在一个环境中联合多种仿真

背景介绍

BorgWarner是一家资产达56.5亿美元的动力总成系统解决方案的全球科技领导者。它在发动机正时系统、增压系统、点火系统、空气和噪音管理系统、冷却系统、传输系统和四轮驱动系统上的专长帮助全世界的汽车生产商制造具有更高的燃油经济性和排放性能的汽车。BorgWarner的一个关键产品是它的涡轮增压器，由发动机的废气驱动的涡轮是用尾气去驱动一台压缩机，从而提高进入发动机的空气密度，结果是在没有大幅增加其重量的前提下显著提高发动机的功率。

挑战

事实上涡轮增压器会受到废热气体的不利影响，热气会对涡轮增压器外壳的材料强度产生影响，导致其性能下降、潜在蠕动或涡轮机磨损。当极端波动发生时，涡轮增压器可能产生过早的热疲劳导致开裂。

因为涡轮增压器承受相当大的温度变化，而设备的耐久性不仅取决于材料组成和它承受的机械应力，而且取决于外界温度。由于受到机械应力和温度效应相互作用，在确定整个涡轮增压器的设计时这两者都必须考虑。

BorgWarner的工程师们已经对涡轮机外壳进行了结构分析以确定其疲劳寿命。一旦热废气在涡轮增压器中开始流动就要进行预测温度分布的计算。该公司没有简单的方法从应力和温度两方面整合数据来获得一个系统性能的总体预测，因此在特定的位置处热应力可能很小。但如果废气的温度很高，应力和温度的组合会导致过早的部件失效。在特定位置处的应力必须与在任何给定的温度下的材料屈服强度进行比较。对于有非常大的结果文件的有限元模型来说，对比应力水平与在不同温度的屈服强度是一项非常繁琐的任务。

“大多数有限元程序只输出在工程方面的应力而指出这些位置的温度，” BorgWarner高级CAE分析师ZaneUllman指出，“这些信息都是单独的、独立的、没有联系的，因此我们被迫需要手动耗费大量时间将数据逐个放在一起。”

“BorgWarner十分希望能够预测热应力疲劳问题，Altair的流程自动化技术有效地帮助了我们，使我们可以将更多的时间花在那些无法自动化的工作上。”

ZaneUllman

BorgWarner高级CAE分析师

解决方案

Ullman与Altair仿真专家一起讨论解决方案。“我们觉得Altair能够创建一个自动化流程将应力和温度结合在一起，并为部件如何加载和其操作环境提供一个更清晰画面，”Ullman说，“Altair把我们所有的想法整合起来，围绕着我们的目标，编写了HyperMath脚本，快速、轻松地实现流程自动化。”

对于AltairHyperWorks解决方案中的后处理软件HyperView，Altair开发了一个由三部分组成的涡轮增压器的图示法，首先显示关键的机械应力点，然后显示部件的温度云图，最后显示当材料强度和温度的影响结合在一起时的一个代表性的关键区域。同时HyperView生成一个曲线图显示材料强度随着温度升高如何降低。这些标量的应力值详细给出了涡轮增压器上正确的真实应力，包括从最低到最高的可能应力和从最低到最高的潜在温度。自动化的后处理立即显示出在任何给定的热环境下哪些区域存在最大耐久性风险。

为了开发这个宏,Altair的工程师检查了200,000个单元上的600,000个节点。BorgWarner能够使用这个流程来生成曲线图和图形(应力、温度)，以及标量的应力值。所有数据可以在一台计算机屏幕上显示。实际上工程师们现在有一个定制的模板可以在仅仅几分钟或几秒钟的时间内回答潜在的疲劳问题。

结论

HyperView为BorgWarner自动化了一个原先费时的流程。“这可能帮助我们减少75%的时间，”Ullman说，“我们可以通过反复运行的方式获得必要的信息允许我们将注意力放到结果上，而不是简单地拼凑数据和结果。”

此外，当设计一个产品或比较产品时，相比以前标量应力值为BorgWarner工程师提供了一个更大的舒适度。“对于以前的设计和新的设计我们可以运行宏去查看改进的设计是更好还是更糟，”Ullman说。

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