公司介紹

    BorgWarner是一家資產達56.5億美元的動力總成系統解決方案的全球科技領導者。它在發動機正時系統、增壓系統、點火系統、空氣和噪音管理系統、冷卻系統、傳輸系統和四輪驅動系統上的專長幫助全世界的汽車生產商制造具有更高的燃油經濟性和排放性能的汽車。BorgWarner的一個關鍵產品是它的渦輪增壓器，由發動機的廢氣驅動的渦輪是用尾氣去驅動一臺壓縮機，從而提高進入發動機的空氣密度，結果是在沒有大幅增加其重量的前提下顯著提高發動機的功率。

挑戰

    事實上渦輪增壓器會受到廢熱氣體的不利影響。熱氣會對渦輪增壓器外殼的材料強度產生影響，導致其性能下降、潛在蠕動或渦輪機的磨損。當極端波動發生時，渦輪增壓器可能產生過早的熱疲勞導致開裂。

    因為渦輪增壓器承受相當大的溫度改變，設備的耐久性不僅取決于材料組成和它承受的機械應力，而且取決于外界溫度。由于受到機械應力和溫度效應相互作用，在確定整個渦輪增壓器的設計時這兩者都必須考慮。

    BorgWarner的工程師們已經對渦輪機外殼進行了結構分析以確定其疲勞壽命。一旦熱廢氣在渦輪增壓器中開始流動就要進行預測溫度分布的計算。該公司沒有簡單的方法從應力和溫度兩方面整合數據來獲得一個系統性能的總體預測，因此在特定的位置處熱應力可能很小。但如果廢氣的溫度很高，應力和溫度的組合會導致過早的部件失效。在特定位置處的應力必須與在任何給定的溫度下的材料屈服強度進行比較。對于有非常大的結果文件的有限元模型來說，對比應力水平與在不同的溫度的屈服強度是一項非常繁瑣的任務。

    “大多數有限元程序只輸出在工程方面的應力而指出這些位置的溫度，”BorgWarner高級CAE分析師Zane Ullman指出，“這些信息都是單獨的、獨立的、沒有聯系的，因此我們被迫需要手動耗費大量時間將數據逐個放在一起。”Ullman想要一種能加快進程以消除手動操作致使分析陷入困境的方法。

圖1 有限元模型

圖2 應力云圖

圖3 溫度云圖

圖4 結構分析下高亮的失效區域

圖5 熱分析下高亮的高溫區域

圖6 考慮材料溫度依賴效應下高亮的失效區域

解決方案

    Altair公司代表將Ullman工程師與Altair仿真專家聚集在一起。“我們覺得Altair能夠創建一個自動化流程將應力和溫度結合在一起，并為部件如何加載和其操作環境提供一個更清晰畫面，”Ullman說，“Altair把我們所有的想法整合起來，圍繞著我們的目標，編寫了HyperMath腳本，快速、輕松地實現了流程自動化。”

    對于Altair HyperWorks計算機輔助工程解決方案中的后處理軟件HyperView，Altair開發了一個由三部分組成的渦輪增壓器的圖示法，首先顯示關鍵的機械應力點，然后顯示部件的溫度云圖，最后顯示當材料強度和溫度的影響結合在一起時的一個代表性的關鍵區域。同時HyperView生成一個曲線圖顯示材料強度隨著溫度升高如何降低。這些標量的應力值詳細給出了渦輪增壓器上正確的真實應力，包括從最低到最高的可能應力和從最低到最高的潛在溫度。自動化的后處理立即顯示出在任何給定的熱環境下哪些區域存在最大耐久性風險。

    為了開發這個宏,Altair的工程師檢查了200,000個單元上的600,000個節點。BorgWarner能夠使用這個流程來生成曲線圖和圖形(應力、溫度)，以及標量的應力值。所有數據可以在一臺計算機屏幕上顯示。實際上工程師們現在有一個定制的模板可以在僅僅幾分鐘或幾秒鐘的時間內回答潛在的疲勞問題。

結論

    HyperView為BorgWarner自動化了一個原先費時的流程。“這可能幫助我們減少75%的時間”Ullman說，“我們可以通過反復運行的方式獲得必要的信息允許我們將注意力放到結果上，而不是簡單地拼湊數據和結果。”

    此外，當設計一個產品或比較產品時，相比以前標量應力值為BorgWarner工程師提供了一個更大的舒適度。“對于以前的設計和新的設計我們可以運行宏去查看改進的設計是更好還是更糟，”Ullman說，“這是一個非常寶貴的中間結果。”

    BorgWarner現在使用自動化宏來設計和評估其渦輪增壓器。Ullman評價道：“它帶來了真正的方便，我們現在都離不開它了。”

    在未來，他提到：“無論什么時候我們有問題需要解決，我們就會想到Altair，因為我們知道Altair肯定能給出一些好的解決方法。”

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本文標題：Altair幫助BorgWarner實現確定溫度和機械應力對渦輪增壓器共同作用的流程自動化

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