对于像汽车、火车、飞机等复杂的结构,通常创建的模型非常大,有时候计算机资源有限,无法完成这种超大规模的计算,因此,人们开发出了一种称为超单元的方法,可以有效解决这个问题。其基本思路是将一个非常复杂、非常大的结构体分成若干个不同的部分,每一部分都视为一个超级单元,然后按照一定的连接方式将各部分组合成整体结构。
目前的汽车主机厂的运行模式是只保留冲压、焊装、涂装和总装四大工艺,其他的大部分零部件都是从供应商处采购,例如轮胎、制动系统、转向系统、座椅等,都是直接采购的。对于这种管理模式,最大的问题就是如何将各个系统集成起来,不单单是结构的集成,还包括性能集成。因此,有的主机厂要求不同的零部件供应商负责各自的有限元模型搭建,并提交给主机厂,由主机厂进行模型总装。这种情况下,超单元方法就能发挥重大的作用。特别是有些零部件供应商,技术集成度高,不愿意向外提供详细数据。因此,可以将模型转化成超单元,交由主机厂使用,既不影响总体性能集成,又不会造成保密信息外泄。
超单元的主要优点:
①可以求解超过计算机资源的大规模问题。
②结构中的一部分有变化时,可以只对变化部分重新计算。
③同一结构内,不同位置的相同部件可以反复使用。
④供应商可以独立创建零部件模型,并且只需提供缩减的边界刚度矩阵,部件的设计细节可以是隐藏的。(www.xing528.com)
⑤允许存在多级子结构。
⑥能够有效地研究多个结构布置方案。
⑦支持多部件的随机访问数据库。
⑧识别子结构和自动缩减运算过程是隐含进行的。
在开发项目进展过程中,时间是非常紧迫的。留给方案分析验证的时间有限。如何在有限的时间内完成大规模的分析和优化,对于CAE工程师来说是极大的挑战。如果不能在短时间内大幅改善计算资源,那么超单元毫无疑问是最佳的选择。
例如,对于一个整车模型,在优化过程中,需要对动力总成支架进行更改。传统的做法是支架更改以后,需要对整车模型重新运行一次,验证对整车性能的影响。这样的话,会需要很长的时间。如果利用超单元来计算,那么只需要将支架更改部分重新计算一次,然后更新到整车模型中,很快就可以得到结果。整个过程只需要几分钟就可以完成,而不是花费几个小时去重新计算整车模型。
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