Process Manager在汽车制动器设计优化中的应用

简介

整个CAE分析流程中，工程师的工作量主要集中在对模型的前处理和对结果的后处理上。对于同一类产品的分析，前后处理工作涉及大量重复性操作。这些重复性工作不仅耗费时间，而且可能由于人为因素而造成遗漏和错误分析结果。采用合适的工具，编写自动化程序来完成这些重复性工作，可以大大减少分析工程师的工作量，并且避免错误操作。

Altair HyperWorks是一个高度开放的CAE平台，用户根据自己的需求可以有多种途径编制自动化程序。Process Manager是以流程树的形式被HyperWorks各种软件调用的工具宏，其功能是固定和简化整个操作流程。Altair开发了专门的软件Process Studio供用户编制Process Manager。大陆集团编制了Process Manager用于制动器系统压力容积拓扑优化。

挑战

大陆集团是目前世界上最大的汽车制动系统供应商之一，对制动系统的开发已建立起全面的能力。能够对制动系统的各种部件进行不同类型的分析，如结构计算、模态分析、热分析、拓扑优化等。

制动器的压力容积是指制动时由于制动器受力变形引起的制动液补液量，它体现了制动系统的刚度，是制动器设计中重点考虑的对象之一。制动器系统压力容积拓扑优化是指以制动系统的压力容积为优化目标，对制动器壳体的最大设计模型进行拓扑优化，得到质量最小或者符合质量要求的制动器壳体模型。然而如何快速准确建立制动器系统压力容积分析模型是面临的挑战。

解决方案

大陆集团采用Altair公司提供的Process Manager开发自动化程序，在HyperMesh中嵌入应用，简化了汽车制动器拓扑优化的前后处理工作，并实现了对工作流程的标准化。首先计算壳体最大设计模型的系统压力容积值，并提取出接触压力结果作为优化时的载荷边界条件；并将计算模型导入到HyperMesh中，对模型进行清理。因为只需对壳体进行优化，所以要删除其余所有零件、载荷、分析步等信息，并且施加新的载荷和分析步。如果不用自动化程序，手工进行这些操作，需要15-25分钟左右的时间。但使用了Altair Process Manager编制的自动化程序，分析人员只需要输入所需参数，这一步的工作2-3分钟即可完成。

分析运行结束后在HyperMesh中查看约束反力。不需要进入后处理操作界面，可以查看约束反力值。这个约束反力值将作为下一步优化载荷边界。拓扑优化的前处理过程同样只需在用户界面上输入相应参数，程序即可自动建立拓扑优化模型。

在优化模型定义界面，可以定义模型的轴向，上一步所获得的约束反力值、拔模方向、以及优化质量目标、最小单元尺寸和离散度。其他优化参数采用默认值。递交Altair OptiStruct优化分析后，Process Manager最后一步让用户很方便地对结果进行后处理。程序自动将边界条件隐藏，以便观察优化形状。另外，由于不同格式的单元集文件的命名规则也不一样，程序也会自动将entity sets重命名，并输出相应格式的单元集文件。

结论

Altair提供的Process Studio平台，使得用户编制Process Manager非常方便。程序核心是用TCL (Tool Command Language)编写的。TCL是一种通用的计算机脚本语言，简单实用。

使用Process Manager将整个工作流程自动化、标准化；即节省时间，又避免了失误。减轻了分析人员前后处理的工作量。