ELEMENTS汽车空气动力学仿真软件

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ELEMENTS软件简介

ELEMENTS软件是由美国ARC公司联合英国开源CAE软件供应商ENGYS公司共同研发的汽车风阻风噪分析软件。软件专注于汽车外形气动仿真，通过模块化的操作方式规范了车辆外流场的仿真流程，让流体工程能够轻松获取汽车的风阻和风噪特性。另外，软件集成了多种车辆的100多组风洞试验数据，包括轿车、掀背车、直背车、SUV、赛车、轻卡和重卡等，基于这些试验数据的修正，确保了软件仿真结果的精确性。从发布至今，该软件已得到广泛认可，客户包括通用、福特、捷豹、路虎、江淮、北汽、丰田、本田、三菱、现代、克莱斯勒等。


ELEMENTS

软件框架

空气动力学分析模块

ELEMENTS软件提供了两个CFD分析模块，其中之一为汽车外形气动CFD分析模块，该模块将汽车风阻CFD分析分成6个操作步骤。

1)Start：选择车型，软件内置了8种车型，包括皮卡、卡车、轿车、桥跑车、SUV、赛车、直背车和掀背车；

2)Vehicle Geometry：汽车模型导入和属性定义；

3)Wheels：车轮参数设置；

4)Porous Media：发动机舱内散热器、中冷器参数设置；

5)Wind Tunnel：虚拟风洞建模；

6)Run：网格划分和仿真计算；

在上述6个步骤当中，虚拟风洞建模和网格划分容易受流体工程师经验的影响，产生仿真误差。为了规避这一风险，软件自动创建虚拟风洞模型，并进行汽车外流场网格划分。为了进一步确保仿真结果的精确性，风洞模型和网格大小已根据汽车风洞试验数据进行了修正。

仿真完成之后，软件能够自动生成仿真结果报告，包括升力值、阻力值，各个截面压力分布、速度分布等，并能根据需要通过自编程的方式添加截面参量的输出云图。




通用CFD分析模块

除了汽车外形气动分析模块以外，ELEMENTS软件还提供了通用CFD分析模块，用以分析汽车风噪、零部件气动噪声、乘坐舒适性等。该模块操作过程分为网格划分、参数设置和执行求解三个步骤。

网格划分：软件网格划分支持STL和IGES的几何格式输入，采用开源六面体网格生成程序单核或并行生成网格，生成效率高。另外，可在模型表面生成边界层，通过自检查的方式不断优化网格质量，直到所有网格通过质量检查。网格生成过程全部自动化，无需调整，极大减少工程师网格划分时间。参数设置：软件全面的建模能力覆盖所有汽车应用的CFD仿真，可求解不可压/可压流+多孔介质+多相流VOF+换热+湿度+MRF+动网格等。软件还支持绝大多数以HELYX为核心的开源求解器，由于极强的开放性，用户可以自定义场求解，或文本进行批处理。

Adjoint优化分析模块

从伴随(Adjoint)优化的原理上看，由于梯度矢量的求解几乎与设计变量数目无关，使得优化工作的计算量骤减。ELEMENTS软件基于ENGYS开发的独特连续伴随优化采用了最快的梯度优化算法，能够快速进行几何模型的拓扑优化和形状优化，并支持多目标函数（>10个）。

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