HyperWorks 在杨伯翰大学进行协同/全球 CAE 和设计教学中的应用

技术支持 2019年10月28日浏览：2220

行业：大学/设计

挑战：开展全球协同的基于CAE工程的设计课程

Altair 解决方案：在课程中应用HyperMesh和 OptiStruct

优点：用以行业为重点的CAE设计工具培养本科生所需的技能去解决实际的工程问题；协同的学习环境能够促使学生保持一个长期从事 CAE设计仿真学习的心态

背景介绍

杨百翰大学机械工程系（Brigham Young University，简称BYU)特别重视培养应用型人才，使学生通过应用先进的技术开发新颖且创造性的产品方面成为佼佼者。为实现这一目标，机械工程系课程的主要内容之一是设置专注于基本原理和多学科计算机辅助工程CAE的教学课程。富尔顿学院全球工程教授 Greg Jensen博士，带领该系发展创新的CAE教学。他的工作重点是开发下一代基于多用户，结合云计算的CAE协同仿真工具和方法。当前工业产品开发成功的关键因素是国际性公司与全球众多技术供应商、开发者和制造厂商合作和交流的能力。有能力带领跨国团队解决具有挑战性的难题，并愿意与全球各地的合作伙伴进行在线交流对一家公司的成功是来说是必要的。

挑战

杨百翰大学的Jensen博士面临的具体挑战是完全重新制定一门高级工程设计课程，ME471，该课程已经在教学中使用了30年。该课程由课堂教学和实验两部分组成，强调理论概念和实际的CAE技能，包括拓扑优化、曲面、先进的实体网格技术及参数化建模方法。由学生组成的团队要求在16周内完成设计项目。

重新制定课程内容的一个主要目的是增强网络设计项目的能力，从而设计项目就可以由全球不同的工程大学组成团队合作来完成。课程网络化所面临的最大挑战是通过增加跨文化所需的技能使学生的学习体验全球化，其中包括提供具备工作经验、指导不同种族或文化多样性的团队，理解不同文化对产品设计和制造的影响，理解文化差异如何影响工程任务的执行。

“对于教授学生拓扑优化，HyperMesh 和OptiStruct 是至关重要的计算工具，同时在产品的设计中也起着很大作用。”

Dr. Greg Jensen

机械工程系教授

解决方案

组成国际团队的大学代表都是 PACE(Partners for the Advancement of Collaborative Engineering Education)项目的成员，从而使得 ME471 课程变得国际化。每个团队通常由 5 个 PACE 大学成员组成。除了国际团队的构建,同时还对课程进行了改进，通过集成一些新技术(HyperWorks、Teamcenter、谷歌文档、视频会议及硬件)来支持学生团队的实际工作。还开发了一些新的项目以教授学生们在实际中应用新的协同技术和设计仿真方法。除了课程的改进，杨伯翰大学还进行了后勤基础设施的升级以及合作伙伴大学的建立。其中包括整合教室、CAE 实验室以及团队会议室的视频会议硬件。随着合作大学的课程信用制度的建立，课程大纲、协调机制、以及课程表也是必需的。

底盘的拓扑优化结果

大黄蜂车身外壳重设计的CAD呈现

底盘有限元模型

每个小组分配的项目是一个实际车辆的结构/底盘的重新设计，项目的内容包括所有要进行分析的车辆零件、子系统和最终装配体的 CAD/CAE 建模。每个小组所需进行的分析包括以拓扑优化为指导的初始设计、质量属性、有限元分析、计算流体动力学分析以及多体动力学分析。每个小组也需要创建属于他们自己那部分的车身曲面。

结论

目前由五个学生为团队的 ME 471 班级，重新设计了 1969 年雪佛兰大黄蜂的底盘/悬挂系统。在这个项目结束时，该团队为 PACE 项目的代表和合作伙伴组成的专家组全面回顾他们重新设计的汽车，能够高效地完成设计的关键是在汽车的底盘、悬架和车轮设计中使用 Altair 的拓扑优化。Altair HyperMesh 生成有限元模型,为应用拓扑优化奠定了基础。在项目汇报期间，该团队清晰地展示了拓扑优化的基本概念以及 OptiStruct 在产品的概念设计阶段、初始设计阶段和详细设计阶段所发挥的重要作用，该团队所展示的更具体地结果为：

 通过应用拓扑优化，底盘的质量减少了 34%

 悬架控制臂的质量减少了 28% 该团队能够应用 Altair HyperWorks 仿真工具以无缝的方式与基于 CATIA 的 CAD 数据相接合并生成汽车重设计的几何模型。

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