Не имеет значения, на каком автомобиле вы ездите – роскошном Ferrari или скромном FIAT Punto – все мы хотим, чтобы автомобиль имел хорошие характеристики и при этом позволял немного сэкономить на заправке. На совместном вебинаре ANSYS-ESTECO 15 сентября мы рассказали, насколько важной может быть роль отдельной детали, в данном случае – рычага натяжителя цепи. Возможно, этот рычаг не является настолько известным элементом автомобиля, как поршень или коробка передач, но его функция – поддержание необходимой величины натяжения цепи на протяжении времени – имеет важное значение для обеспечения надежной работы агрегатов, имеющих цепной привод. Натяжитель цепи предохраняет такие агрегаты, как генератор и водяной насос, от чрезмерных нагрузок и преждевременного выхода из строя. К тому же, правильно спроектированный натяжитель цепи способствует повышению производительности и эффективности работы двигателя.
На вебинаре было рассказано о том, как компания Borg Warner, крупный производитель автомобильных запчастей и комплектующих, использовала возможности программы оптимизации modeFRONTIER совместно с ANSYS Workbench и ANSYS Mechanical для усовершенствования конструкции рычага натяжения цепи двигателя V8 автомобиля Ferrari (модели California и 458 Italia), а также для двигателя автомобиля FIAT Punto. Для сокращения времени решения задачи были использованы возможности распараллеливания вычислений ANSYS HPC Parametric Packs.
Прежде чем мы начнем, было бы неплохо объяснить суть проблемы. В автомобилестроении повышение характеристик деталей необходимо производить наряду с улучшением топливной экономичности и сокращением затрат на производство, поэтому для улучшения конструкции требуются сложные расчеты и использование различных инструментов анализа.
Решение сложных междисциплинарных задач проектирования, таких как оптимизация рычага натяжителя, вызывает ряд проблем как с точки зрения аппаратного, так и программного обеспечения, особенно если учесть необходимость объединения различных инструментов в единой модели. Последние достижения в области аппаратного оборудования, такие как мощные рабочие станции и высокопроизводительные вычислительные системы (HPC – high performance computing), позволили шире использовать методики проектирования, основанные на высокоточных расчётах. Распараллеливание больших объемов вычислений на таком оборудовании обеспечивает существенное сокращение времени расчётов.
Давайте вернемся к разработке рычага натяжителя цепи для автомобилей Ferrari и Punto. Этот рычаг является типичным примером многокритериальной задачи оптимизации, с решением которой инженеры компании BorgWarner эффективно справились благодаря объединению ANSYS Workbench и ANSYS Mechanical с оптимизационной платформой modeFRONTIER. Чтобы сделать рычаг лучше, инженеры работали над снижением веса, а также уменьшением максимальных напряжений и деформаций. Для автомобиля Ferrari инженеры стремились повысить полезные характеристики, а для автомобиля Punto – выбрать подходящий материал и сократить затраты на производство. Объединение платформы ESTECO modeFRONTIER для решения междисциплинарных задач оптимизации с решением для высокопроизводительных расчётов ANSYS HPC Parametric Pack позволило инженерам компании BorgWarner параллельно рассчитывать несколько вариантов конструкции, увеличить отдачу от имеющихся лицензий и эффективно использовать аппаратные ресурсы. В результате, решение задачи оптимизации с использованием HPC позволило уменьшить время расчета с 36 до 10 дней.
Для обоих автомобилей было найдено компромиссное решение задачи оптимизации рычага натяжителя. Для автомобиля Ferrari ради снижения максимальных напряжений и деформаций в опасном месте (в зоне контакта с поршнем) пришлось несколько пожертвовать весом. Таким образом, была достигнута основная цель оптимизации для автомобиля Ferrari – повышение характеристик. Что касается автомобиля Punto, снижение веса и стоимости имело приоритетное значение по сравнению с уменьшением напряжений и деформаций.
Применение передового оптимизационного программного обеспечения и HPC системы позволило получить лучшую из всех возможных конструкций за относительно небольшой срок.
Источник: http://www.ansys-blog.com/borgwarner-ansys-hpc-parametric-packs/
Автор: Alberto Clarich
