SIMULIA多物理場模擬塑造經典品牌車款全新現代化

作為世界上最古老且持續生產的摩托車品牌之一，Royal Enfield以經典風格與現代性能相結合而蓬勃發展。該品牌的吸引力部分來自於其悠久的歷史，20世紀六〇年代的RE Interceptor被譽為經典賽車車款；但自此之後的幾十年裡，摩托車行業的客戶需求和監管要求已經發生了巨大變化。ABS（防鎖死煞車系統）和催化轉換器已成為現今必須的環保和安全設備，同時道路的改善，也意味著騎士對速度和加速度更加重視。為了在不影響風格的情況下整合現代技術，Royal Enfield採用達梭系統SIMULIA工具，以優化自家產品的設計。

耐久性和重量之間的平衡涉及到速度，在摩托車設計中尤其重要。相較於所有交通運輸工具，摩托車的尺寸較為袖珍，一個零件的輕微減重可以對整車重量產生顯著的變化；特別是縮小一個部件的尺寸可能使其他部件也變得更小，接連影響引擎中所有其他部件的巨大連鎖反應。Royal Enfield的CAD/CAE主管為此表示，在活塞中節省10克，可能會為整個引擎節省1~2公斤，因為所有其他部件變得更輕、軸承更小、結構更緊湊、曲軸箱內的材料也減少了。

Royal Enfield使用SIMULIA的一系列分析工具進行了非常廣泛的模擬，整個引擎和底盤的設計藉由CAE結構耐久性和最佳化等技術，捕捉許多困難且重要的效應，以提高摩托車性能和安全性，兼顧輕量化需求。

SIMULIA Abaqus在Royal Enfield的摩托車設計中用於結構和零部件的有限元素分析，它在活塞的設計中扮演關鍵角色，透過分析熱效應和結構特性，確保其在不同操作條件下的性能和可靠性，並將SIMULIA Abaqus分析結果帶到fe-safe進行活塞耐久性分析。

fe-safe分析的關鍵目的在於確保零部件在長期使用中不會失效。Royal Enfield在摩托車設計中利用Simpack評估活塞載荷，以柔性體獲取應力並在fe-safe中進行疲勞分析，來評估活塞等部件在週期負載下的壽命，確保它們能夠持久耐用。然而耐用也意味著可靠性，尤其符合客戶對優質品牌的期望。

Isight在整合多學科設計分析方面發揮了作用，有助於協調不同的軟體工具。在Royal Enfield的摩托車設計中，Isight用於整合各種工具，協同進行活塞設計的優化，確保零部件在各種操作條件下的最佳性能。Royal Enfield的CAE工程師Nabeel TK表示：「SIMULIA最棒之處在於我們獲得與測試結果的相關性；我們可以進行初始DOE研究、優化、近似值、6σ分析（Six Sigma Analysis），這些都是為了可靠性。」

Tosca基於FEA和CFD模擬，可用於摩托車設計的結構最佳化（Tosca Structure）和流體最佳化（Tosca Fluid）；其提高零部件的強度和耐久性，並同時最大程度輕量化的另一個方法，是在面板內部布局加強肋。這些肋條不僅能夠增強面板的強度，還可以透過控制車身發生振動的位置來改善摩托車的聲音。在RE Interceptor 650車款設計中，離合器蓋、點火器保護蓋、油底殼以及頭蓋的肋條，都是根據Tosca的形狀最佳化建議所設計的（圖3）。

Simpack在摩托車設計中用於模擬零部件的運動行為。Royal Enfield使用Simpack來觀察所謂的活塞次級運動，即活塞在氣缸中的行為，包括所有的缸孔變形和熱膨脹，確保零部件的穩定性和性能。接著將Simpack的結果連同熱數據導入SIMULIA Abaqus，以了解活塞應力在週期過程中的變化。

Royal Enfield目標擴張全球市場，需要開發適合不同地形和氣候並滿足所有不同監管要求的摩托車；針對不同條件和不同市場進行更多虛擬測試，綜合考慮所有方面應用到CAE模擬領域，可全面了解該組件如何在預期環境中實際運行。Royal Enfield的CAD/CAE主管Rod Giles說：「CAE模擬的真正關鍵價值在於產品設計可有效降低可能出錯的風險；因此我們非常有信心，該設計原型除了能夠正常的行駛，也可縮短上市時間。」

SIMULIA Abaqus、Isight、fe-safe、Tosca和Simpack，這些SIMULIA多重物理場軟體在摩托車設計中各司其職，從結構分析到多體動力學、從疲勞壽命評估到最佳化設計，提供了全面的解決方案；有效實現輕量化、性能優化和可靠性。這些工具協助Royal Enfield保持其摩托車的復古風格，同時使其適應了現代技術和市場需求，保持了品牌的競爭力和擴展全球市場。

關鍵字：CAE模擬、輕量化、耐久性分析、最佳化、多重物理場

參考文獻：  達梭系統原文