维克森林浸信会医学中心是生物医学科学和生物工程领域领先的研究型大学，其任务是开发用于车辆碰撞模拟的高度详细的有限元人体模型。该大学的伤害生物力学中心 (CIB) 旨在研究车祸造成的创伤后的伤害机制，以更好地了解人类对伤害的耐受性，并设计增强的安全对策。挑战在于以数学方式量化易受创伤的人体基本器官、骨骼成员和身体四肢。由此产生的医学图像数据必须准确代表一系列车辆乘员：成人（男性和女性）、儿童（3-6 岁）和婴儿。然后必须对人体数据进行离散化，以生成各种人体系统的精确有限元 (FE) 模型。然后必须整合这些模型以制定整个人体的模型，然后必须在车辆耐撞性模拟中对乘员和行人的碰撞条件进行验证。

普林斯顿大学的形状寻找实验室面临着设计可在地震区安全使用的表现力结构的挑战。重点是壳结构，这种结构是薄的、弯曲的、通常是大跨度的结构，由多种材料制成，从钢和玻璃到混凝土，甚至砖或泥。这些结构在地震中表现出了优异的性能，著名的贝壳建造者菲利克斯·坎德拉 (Félix Candela) 在 1985 年墨西哥城大地震中完好无损地保存了贝壳就是例证。然而，需要强大的计算工具来分析这些结构在地震荷载下的行为。研究人员需要研究地震期间壳体形状对建筑物性能的影响，并模拟厚度变化对地震引起的晃动响应的影响。

密歇根大学交通研究所 (UMTRI) 面临着开发有限元人体模型的挑战，该模型需要考虑年龄、性别和肥胖对车祸伤害风险的影响。现有的伤害评估工具，包括有限元人体模型，没有考虑到人群中不同的体型和成分差异。这是一个重要的问题，因为 UMTRI 对碰撞伤害数据库的分析表明，年龄、性别和体重指数 (BMI) 等乘员特征会显着影响车辆碰撞中胸部和下肢受伤的风险。面临的挑战是通过开发代表广泛人类属性的详细的、基于参数的有限元人体模型，将车辆碰撞保护范围扩大到涵盖所有车辆乘员。

航空航天业不断寻求减轻飞机重量的方法，以提高性能并降低燃料成本。 SOGECLAIR 航空航天是航空航天工业的主要供应商，面临着寻找新的开发和制造方法以减轻重量同时确保安全的挑战。他们对探索发动机吊架的新概念特别感兴趣，发动机吊架是将飞机发动机固定在机翼或机身上的关键部件。我们面临的挑战是创建一种设计，不仅可以减轻重量，还可以保持零件的刚度并减少系统零件的总数，从而缩短装配时间。

NuVasive Inc. 是一家专门从事脊柱疾病外科治疗的医疗器械公司，面临的挑战是在制造单个原型之前预测设备的性能，同时确保其安全有效。该公司希望利用计算建模和模拟来消除不好的想法，并在好想法离开绘图板之前对其进行完善。该项目的目标是采用从 CT 扫描获得的解剖几何形状并开发一个有限元模型，该模型可以评估通常使用尸体测试进行的不同椎间融合器足迹的生物力学稳定性。由于每个人的骨骼几何形状都是独特的，并且骨骼不对称，因此需要建立手动六面体 (HEXA) 网格划分方法，以便通过可重复的过程构建模型。

火车相撞虽然并不常见，但可能会造成毁灭性的影响，尤其是对经常不受保护的铁路工程师而言。前轨道车的内部设计可以承受中度到重度的冲击，但工程师控制台实际上没有受到保护，使工程师很容易受到可能危及生命的冲击伤害。 Sharma & Associates (SA) 是一家铁路行业工程解决方案提供商，发起了创建工程师保护系统 (EPS) 概念的研究。然而，SA 不熟悉必要的安全要求、可用系统或影响环境的整体性能调整，因此需要合作伙伴帮助开发新系统。 EPS 必须满足特定标准：它不能由工程师触发，也不能干扰工程师离开控制车。

亚利桑那州立大学 (ASU) 物质传输与能源工程学院 (SEMTE) 的综合模拟和计算流体实验室研究人员面临着使用商业代码 HyperMesh 作为通用预处理器来网格化复杂几何形状的挑战。光谱元素 CFD 代码 Nek5000。 Nek5000 代码需要 3D 六面体元素，这造成了困难，因为大多数 CFD 工具使用更容易为传统几何图形生成的四面体网格。研究人员希望受益于 HyperMesh 等高级网格划分工具的丰富功能，这些工具能够在使用 Nek5000 解算器代码的同时生成高质量的六面体网格。在项目开始之前，研究人员没有适当的网格划分通用流程。大多数网格划分都是使用 15 至 20 年前开发的定制工具来处理的，自那时以来更新很少。其他用户针对 MatLab 等软件中的特定问题创建了自己的网格划分工具。

平方公里阵列（SKA）项目由英国乔德雷尔班克天文台SKA组织领导，旨在挑战爱因斯坦的开创性相对论，研究第一颗恒星和星系的形成，探索宇宙中的暗能量和巨大磁场。宇宙，并回答这个古老的问题：“我们在宇宙中是孤独的吗？” SKA 将是各种类型天线的集合，包括大型碟形反射器和孔径天线，分布在很远的距离上，并作为干涉阵列一起工作。 SKA 的速度将比任何现有射电望远镜快 10,000 倍，灵敏度高 50 倍。然而，由于电缆上的电流，相邻天线和其他系统的接近可能会导致不必要的相互耦合，甚至是低水平的发射。需要最大限度地减少这种相互耦合，这需要识别耦合机制并采取措施来改善隔离。需要进行现场射频 (RF) 耦合调查，但只能在安装后进行。在设计、规划和安装阶段，必须在比例模型上并通过仿真来表征电磁 (EM) 环境。

海斯坦普是一家全球底盘部件供应商，面临着减轻后扭梁 (RTB) 悬架系统的质量并提高其耐用性的挑战。 RTB 设计是一项复杂的任务，除了满足刚度和耐久性目标之外，还需要仔细考虑弹性运动性能。实验设计 (DOE) 和优化方法用于探索可用的设计空间并最大限度地减少低成本 RTB 设计的质量。耐久性要求被认为是此类 RTB 设计的主要质量驱动因素之一。 “U 形”RTB 的设计通常需要考虑几个相互关联的目标，包括侧倾刚度和侧倾转向，这些目标受到扭转元件的形状、位置和规格的强烈影响。

3D Systems 是 3D 打印技术的先驱，纽约库珀休伊特 - 史密森尼设计博物馆邀请其参加一场重点展示创新软件和新制造方法的展览。我们面临的挑战是设计并 3D 打印出结构合理、重量轻的滑板，这种产品多年来基本保持不变。 3D Systems 团队旨在彻底改变滑板的设计和生产方式，目标是创造出比市场上其他滑板更轻的滑板。

Dorel Juvenile 是汽车儿童安全领域的市场领导者，负责开发新型儿童座椅 Maxi-Cosi 2wayPearl。我们面临的挑战是重新设计一款双向安全儿童座椅，使其能够承受增加的负载、适应更小的包装空间，并满足新的欧洲 I 尺寸安全要求。该项目的最初目标是修改现有的 Maxi-Cosi FamilyFix 座椅底座以添加后向功能。由于双向功能而增加的负载以及座椅底座封装空间的减少和修改带来了重大的工程挑战。支撑腿的更靠前的位置需要进行重大的结构改变。项目过程中引入了新的欧洲儿童安全座椅标准（I 尺寸法规），这又增加了一层复杂性，需要对座椅底座进行几乎完全的重新设计。

面临的挑战是评估船舶舵组件承受附近爆炸事件后冲击载荷的能力。这是一项至关重要的任务，因为海洋、造船和海洋工程行业的工程师面临着许多设计挑战，包括物理空间限制、极端天气条件、深水和偏远地区。这些限制为工程师开发健全、可靠和安全的操作平台创造了极端的环境。在安装改进设计的船舶舵机之前，需要评估舵组件承受附近爆炸事件后冲击载荷的能力。

菲亚特是世界上最大的汽车制造商之一，在准确模拟和消除乘用车中的吱吱声和嘎嘎声方面面临着重大挑战。这些噪音是当组件的两个部件由于特定的激励负载而相对运动时产生的，通常被客户解释为产品质量不足。此前，菲亚特只能通过测试使用接近最终设计生产的物理组件来研究这些噪音的可能性。如果发现任何噪音问题，团队只能采取快速修复措施，这通常既耗时又昂贵。菲亚特的 NVH（噪声、振动和声振粗糙度）部门希望探索在虚拟设计阶段研究吱吱声和嘎嘎声的潜力，使用基于仿真的方法，该方法可以在工具内实施，围绕该工具可以构建新的设计流程。

贝克休斯是一家领先的油田服务、产品、技术和系统供应商，在验证先进油井衬管方面面临着重大挑战。该公司的客户在充满挑战的市场中运营，在深水和北极地区进行海上钻探，完善页岩和水力压裂技术，并始终遵守严格的环境和安全法规。他们还必须应对技术挑战，例如更深的井、极端压力和温度以及非常规地质变化。产品可靠性、安全性、上市速度和成本控制对于行业的成功至关重要。为了保持竞争力，石油和天然气服务公司必须确保可靠地制造正确的产品，并领先于竞争对手满足客户的期望。创建具有成本效益、安全且可靠的可扩展尾管悬挂器所面临的挑战需要在整个产品开发过程中使用模拟。

杨百翰大学 (BYU) 机械工程系面临着重新设计高级工程设计课程 ME 471 的挑战，该课程已教授了 30 多年。该课程由课堂和实验室组成，强调理论概念和实用 CAE 技能。重新设计课程的目标是增加网络设计项目的能力，以便学期项目可以由来自全球各个工程大学的团队协作完成。课程网络的主要挑战是通过增加跨文化能力要求来实现学生学习体验的全球化。其中包括提供在种族或文化多样性团队中工作或领导的经验，了解文化对产品设计和制造的影响，以及理解文化差异如何影响工程任务的执行方式。

诺丁汉大学是一所世界一流的学府，拥有超过 43,000 名学生和 100 多个研究小组。该大学的高性能计算 (HPC) 设施支持科学、医学和工程等各个领域的研究。然而，该大学在有效管理多样化的计算工作量方面面临着挑战。 HPC 服务经理 Colin Bannister 博士热衷于最大限度地提高大学 HPC 设备投资的效益。该大学需要一个强大、灵活的工作负载管理套件来确保效率、可用性和性能。所需的系统应该能够有效调度计算工作负载、监视和分析工作负载、提供易于使用的界面并生成简单的管理报告。

由于复杂的设计形状和主要是手工制造工艺，大批量且经济地生产碳纤维增强塑料 (CFRP) 部件是一项重大挑战。这限制了纤维复合材料的生产只能是小系列或单一产品。尽管CFRP部件具有理想的性能，例如轻质潜力和优异的机械性能，但其复杂的设计和成本密集的制造工艺一直是其缺点。纤维补片预成型（FPP）方法是在空中客车集团创新公司的领导下开发的，能够通过软件铺层计划自动生产复合材料预成型件。然而，下一个挑战是创建适合大规模生产和高效加工纤维补片的制造设施。这催生了 SOWEMA 研究项目，该项目旨在使用 FPP 方法开发灵活且全自动的制造工艺。

Rolo Bikes 是一家由 Adam Wais 和 Anders Annerstedt 创立的公司，旨在填补针对个人骑手需求定制的超高性能自行车的市场空白。我们面临的挑战是开发一种高性能、超轻量的复合材料自行车车架，该车架具有世界领先的强度和刚度属性，同时将重量保持在绝对最低限度。 Rolo 的设计团队希望优化结构，找到理想的碳纤维布局，不使用任何不必要的材料。然而，该团队缺乏准确分析和优化框架所需的内部计算机辅助工程 (CAE) 专业知识。目标是在重量、刚度和舒适度方面实现世界领先的性能，并开发高效且经济高效的虚拟测试流程来分析未来自行车车架的性能。

拉夫堡大学运动技术研究所 (STI) 是运动工程领域的领先研究小组，面临着生成复杂的人体替代模型来模拟运动影响场景的挑战。这些场景对于运动中个人防护装备 (PPE) 的开发和测试至关重要。人体具有复杂的组织结构和复杂的解剖几何形状，精确复制极其困难。由于需要高质量的网格来很好地描述这些复杂的几何形状，这一挑战进一步加剧。网格的质量显着影响模型的行为，使其成为研究的关键因素。该研究所需要一个能够处理这些复杂性并为其研究提供准确、高质量模型的解决方案。

膝前痛是全膝关节置换术（TKA）手术后的一个重要并发症。无法自由伸展或弯曲膝盖会严重影响患者的日常活动，例如行走、举重和从椅子上站起来。膝关节无法活动是需要进行 TKA 手术修正的最常见迹象之一。本研究的挑战是利用计算分析定量评估髌骨扣厚度对膝关节屈曲/伸展过程中股四头肌腱力变化的影响。力变化的减少与 TKA 手术后膝前疼痛的减轻直接相关。髌骨膝关节组件（一种增加伸展力的机械优势的“纽扣状”元件）在手术过程中尺寸不当被认为是一个关键问题。

浦那工程学院 (CoEP) 认识到需要跟上快速发展的工程创新领域的步伐。该研究所明白，为了保持其全国排名并为学生提供最好的职业机会，它需要使其教育与最新的行业技术保持一致。我们面临的挑战是创造一个让教师和学生都能利用最先进的工程技术来满足当代市场需求的环境。为了实现这一目标，CoEP 建立了 CAE 优化实验室。下一个挑战是确定哪些工具最能满足中心的需求，同时确保实验室的自我维持运行。

F.tech R&D North America 是一家世界级认证的一级国际汽车系统供应商，在报告流程中面临着挑战。该公司利用 HyperView 来调查测试结果，利用数据为改进设计方法的决策提供信息。这些数据通常用于在开发过程中创建报告和演示文稿，使用 HyperView 生成的图像和动画来说明可能需要额外工作的组件的特定区域。然而，导出这些资产是一个高度手动的过程，需要加载结果、定位模型和截取屏幕截图。这非常耗时，并且占用了工程师专注于探索和解释结果的时间。 F.tech 北美研发中心希望找到一种方法使该过程自动化，以减少生成项目报告所需的时间。

英国公司 Re-Loc 开发了一种新产品来加速施工过程。该产品是一个夹子，可安装在混凝土砖的空腔内并固定在钢筋上，将其牢固地固定到位。然而，考虑到单个结构需要大量的夹子，初始设计的制造成本对于大规模生产来说太高了。面临的挑战是减少零件的材料使用和成本，将设计提高到生产水平，并使其尽可能高效。该部件必须足够坚硬，以保持垂直和水平杆相对于空心砌块内表面的位置，允许混凝土浇注在其内部或周围，并在使用过程中承受所有环境因素。

海尔集团作为全球家电和消费电子产品的领导者，其空调面临着重大挑战。尽管以优质产品而闻名，但空调在运输过程中经常损坏，导致成本增加和交货延误。该公司试图通过进行物理跌落测试来增强其空调和包装的结构，使其更能抵抗跌落损坏。然而，这些测试大大增加了研发成本并消耗了大量时间。此外，由于产品与地面的碰撞是瞬时事件，工程师无法轻松观察损坏过程。他们只能看到结果，但看不到发生的几分之一秒内的应变和形状变化。因此，海尔考虑使用过多的包装材料，但包装的整体设计强度不足。

该案例研究围绕威斯康星大学麦迪逊分校工程力学系高年级本科生 Christopher Van Damme 承担的一个高级设计项目展开。该项目涉及同轴旋翼飞行器的设计和分析，特别关注复合材料制造的直升机旋翼叶片。旋翼叶片是直升机的关键部件，提供推力、升力并实现机动。现代直升机使用复合材料制成的旋翼叶片，因其具有出色的强度重量比、损伤容限和疲劳寿命。然而，使用分析方法或降阶模型计算复合材料具有挑战性。因此，范达姆必须应用合适的计算机辅助工程 (CAE) 工具来完成所需的研究，包括转子的静态、模态、频率响应和动态分析。

Prodrive 是一家领先的赛车运动和技术企业，面临着在压缩的时间内优化赛车发动机性能的挑战。主要目标是分析和改善阿斯顿·马丁赛车发动机水套内的流体流动，并快速获得可靠的结果。由于需要解决具有复杂几何形状的模型的多次迭代，该任务变得很复杂，并且这项工作是由相对缺乏经验的用户完成的。由于发动机盖和气缸体内部铸件的空腔，模型的复杂性和细节水平增加了挑战。此外，Prodrive 的仿真能力受到计算机硬件的限制，因此需要一种能够在不增加许可成本的情况下最大化处理能力的解决方案。

Gulplug 是一家法国初创公司，面临着为电动汽车创建创新、自动自插式磁性充电解决方案的挑战。作为施耐德电气集团的子公司，Gulplug 旨在彻底改变当今电动和混合动力汽车所使用的插头和充电技术。然而，作为一家初创公司，他们的资金有限，将大部分预算花在软件上是不可行的。此外，该公司还在寻找仿真工具，通过创建和分析虚拟模型来预测和提高系统性能。我们面临的挑战不仅是开发新的充电解决方案，而且还要以经济高效的方式实现这一目标，同时又不影响产品的质量和效率。

F.tech R&D North America 是一家一级汽车系统供应商，在通过网格划分和不同类型的焊接创建自动化来标准化其模型构建流程方面面临着挑战。车辆设计和开发的复杂性，包括原型成本、安全标准合规性和排放，给工程师带来了许多挑战。 F.tech 北美研发中心的计算机辅助工程 (CAE) 团队正在努力应对与焊接创建的模型构建和几何准备相关的繁琐任务。显然，我们需要一种能够简化这些流程、消除人为错误、提高分析数据的准确性并节省宝贵的开发时间的解决方案。

航空航天业不断寻求减少质量和燃料消耗的方法，而增材制造或 3D 打印在这方面提供了巨大的潜力。然而，该技术在航空领域相对较新，并且面临认证和资格问题。此外，3D 打印机的尺寸限制了其在较大部件（例如飞机门）上的使用。面临的挑战是结合增材制造和铸造方法来设计飞机检修门。由于其尺寸和复杂性，该门为通过一次性生产方法降低成本提供了一个有希望的机会。然而，门太大，无法使用直接金属激光烧结 (DMLS)，它是由 AS7G06 铝制成的，这种铝尚未在使用 DMLS 的航空领域获得资格，并且它的蒙皮非常薄，尺寸和几何公差非常严格。

Mabe 是一家总部位于墨西哥的国际家电公司，面临着通过模拟子系统交互来提高洗衣机性能的挑战。该公司的目标是提高洗衣机的容量和转速，同时降低每立方英尺的成本。他们还寻求改善机器的能源和水因素，并缩短产品开发周期时间。 Mabe 自 2006 年以来一直使用 Altair 技术进行结构分析以及冲击和跌落测试模拟。然而，他们从 Altair 的多学科方法中看到了增加价值的机会，并旨在利用不断提高的保真度和范围的模拟带来的好处。