罗彻斯特理工学院通过使用 Femap，罗彻斯特理工学院赛车队将扭转仿真准确度提高了近两倍

　　从零开始建造

　　Formula SAE® 竞赛是由 SAE 国际(前身为“美国汽车工程师协会”)组织的一项学生 设计竞赛。Formula SAE 竞赛是基于这样一 个假设，即一家虚拟的制造企业签约雇用了 一个设计团队来开发一款小型方程式赛车， 并且将评估赛车原型的可制造性。赛车的目 标销售对象是非职业周末汽车越野赛车手。

　　每个学生团队都按照一系列规则设计、建造和测试一个原型。这些规则主要规定最低安全要求，让各个团队从零开始，自由发挥各自的创 新和设计灵感，从而发掘聪明的解决问题办法。

　　Formula SAE 涵盖了汽车行业的各个方面(包 括研究、设计、制造、测试、开发、市场营销、 管理和财务)，从而推动了学生在工程领域的 职业发展，提高了工程卓越性。此外，Formula SAE 还让学生走出教室，在实际工作中运用 从课本上学到的各种理论。

　　罗彻斯特理工学院(RIT)长期以来一直积极参与 Formula SAE 赛事，截止 2013 年先后共派出 21 辆车参赛。这只来自纽约西部的 赛车队每年都会从零开始建造一辆汽车，只外购发动机组、轮胎和散装材料(bulk materials)。整辆汽车全部由学生自己设计、 建造和组装。

　　Siemens PLM Software 通过自己的以培养下 一代设计师和工程师为宗旨的教学计划向罗 彻斯特理工学院捐赠了 Femap 软件。

　　改用 Femap

　　该团队 2013 年赛季使用的工具箱中最受欢 迎的新解决方案莫过于产品生命周期管理

　　(PLM)专家 Siemens PLM Software 公司 提供的 Femap™ 软件。Femap 是一款先进 的工程仿真软件，可以为复杂的工程产品和 系统创建有限元分析(FEA)模型，并显示 解算结果。Femap 可以对部件、装配或系 统进行虚拟建模，判断特定操作环境的行为 反应。

　　罗彻斯特理工学院工程专业的学生一般都参 与一项“五年合作计划”，学习四年，工作一 年。担任 2013 年赛车队首席工程师的 Tyler Peterson 在 SpaceX 执行一项合作任务时 接触到了 Femap，并且留下了很深刻的印 象，返回学校之后他建议把赛车队的 FEA软件换成 Siemens PLM Software 公司的解 决方案。

　　“Femap 比其它程序具有更好的变更实施功能。”

　　Tim Moran

　　首席底盘设计师

　　罗彻斯特理工学院赛车队

　　Peterson 是加州圣地亚哥本地人，于 2013年春季毕业，获得了机械工程学士学位。他 表示：“Femap 比我们以前使用的 FEA 软件 要准确得多。用 Femap 对汽车进行抗扭刚 度测试的结果只比实际低 7%，而用以前的软 件测试的结果却比实际低 20%左右。实践证 明，Femap 的准确度是以前软件的三倍左 右，能让我们更好地了解如何让汽车做好参 赛的准备。

　　“此外，Femap 的易用性也比我们以前使用 的工具强很多。Femap 的功能非常强大，你 可以快速移动对象，尝试不同的情景，确定最 好的一个。界面功能非常强大、灵活，你可以 用 20 种不同的方法来排列对象，因此你不必 一条路走到黑。你可以按最适合你的方式组织 界面，以你自己的方式思考问题。”

　　将理论付诸实践

　　根据罗彻斯特理工学院赛车队的使命宣言， “罗彻斯特理工学院 Formula SAE 赛车队的 宗旨是设计、开发、制造、测试世界上最精良 的 Formula SAE 赛车，将其投入比赛并大力 推广。我们将努力成为最专业、最受尊重和最 有声望的 SAE 车队。我们将提供一个建设性 的学习环境，为车队新成员提供亲自参与最佳 工程设计的机会，使他们得到提升。通过我们 在车间和赛道上对质量的严格把关，我们会不 断提高自己和比赛成绩。通过精诚合作、无私 奉献和有效沟通，我们一定会实现这个目标。”

　　罗彻斯特理工学院赛车队每年参加三次比赛。他们的赛季从在密歇根举行的原汁原 味同时又是规模最大的 Formula SAE 比 赛开始。此外，该车队还尽量每年参加一 次国际比赛，与拥有不同技能的团队比赛， 向世界展示自己的实力。

　　Formula SAE 比赛由 7 项赛事组成，总分为1000 分，其中 22 千米耐力测试为 300 分， 工程设计测试为 150 分。在工程设计比赛 中，每个团队都要向来自汽车、赛车运动和 航空航天领域的专家组成的裁判团解释自 己的设计决定，并进行辩护。

　　Peterson 表示：“SAE 比赛的真正价值在 于，它允许我们将课堂上学到的东西付诸实 践。通过结合理论与这种亲身体验，有助于 培养年轻工程师，让他们一走出学校就能熟 练开展工作，不必再花一两年时间来学习。”

　　易用性及其它很多优点

　　罗彻斯特理工学院赛车队项目经理来自罗 彻斯特，是一位在机械工程领域有五年工 作经验的资深工程师。他表示：“该车队的 工程师很快就掌握了 Femap。Femap 比 我们以前使用的 FEA 程序要好用得多， 这两个程序之间的差别就像白天与黑夜一 样明显。”

　　“有了 Femap 之后，我们很快就可以完成 分析设置，比我们以前使用的程序要快得 多，也更准确。用户界面很好用，我们经常 会发现使分析设置变得更快、更容易的新 的、有用的工具。”

　　Tim Moran 毕业于宾夕法尼亚州伊利大学 机械工程专业，是一位资深设计师，担任该 车队的首席底盘设计师。Tim 接触 Femap 的时间相对较晚，Femap 有一项功能令他 特别着迷。他表示：“利用 Femap 中的‘撤 销’按钮，你就有足够的信心尝试新东西， 因为你知道在尝试过程中不会丢失已经完 成的工作。

　　Peterson 表示：“Femap 的很多其它功能也 非常出色，你可以用它来导入并无缝集成几 何图形。此外，Femap 还有很多后处理工 具。比如，Femap 提供了很多不同的数据 显示方法，你可以为特定目的尽量有效地显 示数据，因此这一点非常重要。”

　　充分利用复合材料

　　在过去几年中，罗彻斯特理工学将复合材料的 应用扩大到了整辆汽车。Femap 在这一过程 中起到了至关重要的作用，因为它允许车队分 析复合材料的结构。车队用 Femap 来分析汽 车上的每个碳纤维零件以及几个其它装配，包 括整个底盘、底盘支撑、转向支撑、引擎支架、 进气增压室、悬挂臂、仪表板下方杂物盒、驱 动轴和转向轴。底盘每年都设计，用单体结构 设计，强调扭转刚度，尽量减轻重量，增强人 因工程效应。

　　Moran 表示：“Femap 非常适合处理复合材 料，比其它程序具有更好的变更实施功能。有 了 Femap 之后，我们的复合材料分析水平远 远超过了以前 – Femap 为我们打开了新的 大门。”

　　“比如，当我们想要分析底盘时，我们能够将 13 个不同叠合计划的属性分组，能够将大量 不同单元拉入一个分析中，能够同时对所有其 它部件进行建模，比如同时对悬架模型的管子

　　(suspension model tube)和模型的其它组 成部分进行建模。因此，我们对整台汽车的了 解要比以前全面、深入得多”。

　　“Femap 比我们以前使用的 FEA 程序要好用得多。”

　　Brian Guenther

　　项目经理

　　罗彻斯特理工学院赛车队

　　与被替代的其它零件相比，这些新的复合材 料结构件刚度更高，重量更轻。此外，使用 复合材料零件还为罗彻斯特理工学院提供 了更多的包装和机械设计选择。由于不受传 统金属零件加工操作的限制，因此该车队能 够非常灵活地处理自己设计的零件。

　　Guenther 表示：“很容易将横梁模型合并到 分析中，我非常喜欢这一点。用金属零件创 建横梁模型后，就可以轻易将其添加到复合 材料分析中。我们已经将紧固件、管结构等 零件添加到汽车装配分析中。通过使用 Femap，我们可以准确地通过以横梁形式建 模的悬挂件施加载荷。我们可以轻易从结果 中分取出反应和偏转，然后将其合并到正在 处理的其它分析中。”

　　Peterson 表示：“Femap 在处理复合材料分 析方面具有很大的优势，我们可以快速、轻易 变更叠合计划和定向，因此无须进行大量工作 也能看到结果。”

　　Moran 补充道：“后处理器很好用，你可以滚 动每一层，让你明察秋毫，发现重大风险，并 且知道如何纠正造成问题的单层板的方向。”

　　这三个人都希望能够在毕业后的第一份工作 中继续使用 Femap。