1   车灯行业CAE技术需求

汽车车灯作为汽车必不可少的一个组件，在夜间照明，行车信号，大雾天气防撞，转向标志等方面发挥着重要作用，是汽车安全行驶的重要保障。长期以来，人们在做车灯设计时更多的关注于光学设计，但是随着市场对质量、精度、亮度及可操作性等要求越来越严格，对车灯总体的设计和分析逐渐被人们关注。

车灯的气密性问题一直困扰着车灯的开发人员，良好的气密性是提高车灯照明效果，延长车灯使用寿命的重要保证，如果车灯的气密性不好，将造成车灯内引起结雾、积水、凝霜、破坏透光效果等一系列的问题，直接危及行车安全。车灯的产品设计师在车灯设计过程中，可以考虑对车灯的密封垫圈进行分析，提高垫圈的密封质量，从而提高车灯的气密性。

车灯作为汽车的一个重要组件，模态及振动分析很有必要，目前主机厂已经对车灯供应上提出相应的振动测试实验要求，要求车灯在振动过程中，车灯及部件的固有频率，要避免与激振频率发生共振，同时要求在振动的情况下，车灯内部部件，特别是车灯支架，要求满足动强度要求。

车灯的总体设计时，往往更多的是考虑外观造型的流线美，而忽略了车灯的选材、温度场和流场等一系列问题，而在实际应用过程中，局部过热，造成零件受热变形、甚至烧熔，冷热不均匀，造成局部结雾，车灯内部温度场和流场问题严重影响到车灯的品质和质量，逐步被客户和设计人员所关注，如何更好的解决好车灯的散热问题，让车灯在满足外形要求的情况下，通过对车灯部件和材料进行选型，局部进行强化处理，提高车灯的散热性能，对车灯设计提出了更好的挑战。

2   Simcenter 3D在车灯行业的应用

SIMCENTER 3D在工业的应用已经越来越广泛，模拟的方式也更贴近真实世界的模型，充分发挥SIMCENTER3D在多物理场分析的卓越能力。SIMCENTER 3D提供了多种类型的求解器，应用范围包括结构静力学、动力学、优化、疲劳、机构运动、热力学和流体动力学等多个领域，让使用者可以更方便针对不同的问题选用不同的求解器进行求解，并可在同一界面中切换不同的求解器，仿真加工流程与不同的环境历程，透过稳定的并行运算效能加速运算，直接提供工程师最方便的研发仿真平台。

Simcenter 3D车灯分析的流程图：

2   车灯结构强度（随机振动）分析

车灯内部部件的结构强度非常重要，汽车的振动对车灯内部部件产生影响，要求我们做车灯设计时，要保证车灯内部部件，特别是车灯内部支架等部件，在汽车在极端车况下，不能够损坏，能够保证车灯的正常工作运行。使用NX Nastran的动态响应分析模块，对灯体进行随机振动分析，模拟车灯在振动试验台上，承受随机激励的情况下，分析车灯各部件的结构的强度和刚度。

2.2车灯模态分析

车灯作为汽车部件，使用NX Nastran结构分析功能，对车灯进行模态分析，同时，在NXNastran中，我们可以分析带接触的模态，能够更加准确的分析车灯的固有频率，从而更加准确的判定车灯结构是否会跟外界激励频率发生共振。

2.3   车灯散热分析

汽车车灯散热分析存在几个挑战，从学科上讲，车灯散热涉及到两个有限元的两个领域，热力学和流体动力学，并且同时需要考虑热力学和流体动力学的耦合问题，Simcenter 3D的热流耦合仿真工具能够完美的解决这个问题，不需要用户额外的进行控制，能够自动的调用相应的求解器进行耦合仿真。从模型上讲，车灯的结构比较复杂，特别是内部流体域腔体，复杂车灯可能存在多个腔体，如何能够更好的处理车灯的CAD模型，一直困扰着分析工程师，NX提供了强大的建模功能，特别是非参模型编辑修改功能，使得工程师能够快速的处理车灯模型，并且通过强大的网格划分功能，快速完成车灯散热分析模型建立。从仿真模拟上讲，车灯传热涉及到传热的三个方面，传导、对流和辐射，特别是热辐射是车灯传热的主要方式。Simcenter 3D的热分析中提供了高级热辐射技术，能够精确地模拟复杂车灯复杂腔体的热辐射传导问题，其中辐射建模可以模拟完整的辐射交换的模型、模拟漫射\反射\投射\吸收、几何体连接问题，其中解算技术特点，能够自动计算复杂封闭腔体的视角系数、拥有确定性的光线追踪的镜反射技术、能够排除残余视角系数反复改进视角系数。自由对流更是更够模拟车灯实验的环境状态。

2.4车灯结雾及冰熔解分析

Simcenter 3D的热流分析解算方案包含了全面的温度和雾化模型技术，能够通过设定初始的温度和湿度条件来模拟雾化和蒸发过程。同时可以考虑封闭腔体的密封盒通风孔，通过分析得到实时的温度、湿度和水积累量，通过水积累量来判定雾化情况。

车灯在寒冷的温度下，车灯外面会结冰，通过Simcenter 3D的高级热流耦合分析，能够模拟前透镜上冰融化的过程，通过冰完全融化的总时间来对冰熔化的行为进行判定，在分析过程中，薄的冰层可以通过带改变状态属性的壳单元来模拟，冰单元和透光镜单元之间采用热固直接耦合来建立热传导，通过分析，我们能够得到冰的性质、冰的馏分和冰层的蒸发时间等。

2.4分析结果和实验结果对比

日本丰田汽车和美国斯坦利的工程师都使用了Simcenter 3D进行了车灯德尔相关分析，并把分析的结果和实验的结果进行了对比，发现Simcenter 3D分析的结果和实验结果具有高度的一致性，也同时验证了Simcenter 3D在车灯行业的分析标准。

3     Simcenter 3D的优势和效益

当前，CAE 技术成为设计的主流，企业已经将分析提到新的地位。现代的产品设计完全基于分析模拟和优化的结果，产品设计人员在设计的最初阶段便开始用分析仿真工具，在制造之前全面把握产品的性能，避免不必要的样机试验，以缩短设计周期，降低成本，从而在激烈的市场竞争中占据主动和有利的地位。可以断言谁先掌握了这一先进的技术并能尽早地将其成功运用于产品设计的各个阶段，谁就能够在产品开发过程中不断地增强自身的创新能力和应变能力，在激烈的市场竞争中占据主动和有利的地位。仿真应用就是利用数值方法研究产品的性能

Simcenter 3D最显着的特点是对新流程的支持。其中，在开发流程中通过无缝共享数据实现分析与设计几何相关，彻底消除数据传输转换和几何修复造成的瓶颈，是实现设计与分析并行进行、相互作用的关键，是产品开发成员在明确分工情况下高效协同的前提，也是构成快速创新设计平台的基础。Simcenter 3D仅是结构分析与可靠性设计的单元技术，更是崭新流程的使能工具。