汽車工程CAE分析

1、Tags:CAE仿真分析,汽車仿真汽車公司建立高性能的計(jì)算機(jī)輔助工程分析系統(tǒng)，其專業(yè)CAE隊(duì)伍與產(chǎn)品開發(fā)同步地廣泛開展CAE應(yīng)用，在指導(dǎo)設(shè)計(jì)、提高質(zhì)量、降低開發(fā)成本和縮短開發(fā)周期上發(fā)揮著日益顯著的作用。CAE應(yīng)用于車身開發(fā)上成熟的方面主要有：剛度、強(qiáng)度、NV的析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析等；而車輛碰撞模擬分析、金屬板件沖壓成型模擬分析、疲勞分析和空氣動(dòng)力學(xué)分析的精度有進(jìn)一步提高，已投入實(shí)際使用，完全可以用于定性分析和改進(jìn)設(shè)計(jì)；虛擬試車場(chǎng)整車分析正在著手研究，此外還有焊裝模擬分析、噴涂模擬分析等。一、剛度和強(qiáng)度分析有限元法在機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析方面因具有較高的計(jì)算精度而到普遍采用，特別是在材料應(yīng)力-應(yīng)變的

2、線性范圍內(nèi)更是如此。另外，當(dāng)考慮機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力的偶合時(shí)，像ANSYSNASTRA修大型軟件都提供了極為方便的分析手段。(1)車架和車身的強(qiáng)度和剛度分析：車架和車身是汽車中結(jié)構(gòu)和受力都較復(fù)雜的部件，對(duì)于全承載式的客車車身更是如此。車架和車身有限元分析的目的在于提高其承載能力和抗變形能力、減輕其自身重量并節(jié)省材料。另外，就整個(gè)汽車而言，當(dāng)車架和車身重量減輕后，整車重量也隨之降低，從而改善整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等性能。(2)齒輪的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力分析：齒輪是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系中普遍采用的傳動(dòng)零件。通過(guò)對(duì)齒輪齒根彎曲應(yīng)力和齒面接觸應(yīng)力的分析，優(yōu)化齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高齒輪的承載載力和使用壽命。(3)發(fā)動(dòng)

3、機(jī)零件的應(yīng)力分析：以發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋為例，其工作工程中不僅受到氣缸內(nèi)高壓氣體的作用，還會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的熱應(yīng)力。缸蓋開裂事件時(shí)有發(fā)生。如果僅采用在開裂處局部加強(qiáng)的辦法加以改進(jìn)，無(wú)法從根本上解決問(wèn)題。有限元法提供了解決這一問(wèn)題的根本途徑。二、NV的析.近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)汽車提出了更高要求。為此，國(guó)際汽車界制定NVHg準(zhǔn)，即噪音(Noise)、振動(dòng)(Vibration)、平穩(wěn)(Harshness)三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，通俗稱為乘坐轎車的“舒適感"。對(duì)NVHB準(zhǔn)的一項(xiàng)試驗(yàn)表明，用顧客較喜歡的轎車作試驗(yàn)，在用水泥鋪得較平坦的公路上，轎車以時(shí)速40公里的速度行駛，如將歐洲產(chǎn)轎車的NVH以100%乍標(biāo)

4、準(zhǔn)，日本轎車則為75%韓國(guó)轎車為50%歐洲轎車懸架技術(shù)較高，所以乘坐舒適，日本轎車設(shè)計(jì)時(shí)將人體工程學(xué)考慮在內(nèi)，對(duì)提高乘坐舒適感有很大幫助。、軍體：僦吐ME、型苕易產(chǎn)生的底廣、后福也是產(chǎn)生共斯的主要地方.支庭盤賽：行駛時(shí)，底盤極易產(chǎn)生共胃：傳動(dòng)系的機(jī)械聲，車輪在谿荀的行裝聲把通過(guò)底盤電入車內(nèi).以上兀F面產(chǎn)生的鼻音，占了汽尊音的曜以上.K軍門鼠奉門臂度大用斷艮.產(chǎn)生知：外面的味聲，從*膜處傳入軍箱內(nèi).L4庫(kù)”引睪轉(zhuǎn)苕西產(chǎn)生的微雪和事動(dòng).區(qū)登動(dòng)工鼠網(wǎng)火墻,二審臺(tái)行f傳入車箱內(nèi).(III1#3-r,II01e"三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析就是根據(jù)原動(dòng)件的已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律，求該機(jī)構(gòu)其他構(gòu)件上某些點(diǎn)

5、的位移、軌跡、速度和加速度，以及這些構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度。通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行位移或軌跡的分析，可以確定某機(jī)構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)時(shí)所需得空間，判斷當(dāng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)各構(gòu)件之間是否會(huì)互相干涉，確定機(jī)構(gòu)中從動(dòng)件的行程，考察構(gòu)件上某一點(diǎn)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定的位置或軌跡要求。通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析，可以了解從動(dòng)件的速度變化規(guī)律能否滿足工作要求，了解機(jī)構(gòu)的受力情況。通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行加速度分析，可以確定各構(gòu)件及構(gòu)件上某些點(diǎn)的加速度，了解機(jī)構(gòu)加速度的變化規(guī)律。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的方法很多,主要有圖解法和解析法。，-RI'IInII'EI四、車輛碰撞模擬分析汽車作為現(xiàn)代化交通工具，在給人們的生活帶來(lái)便利與樂(lè)趣的同時(shí)，也因

6、其引起的交通事故給人類的生命和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的威脅和傷害。因此，汽車的安全性是汽車廠商、消費(fèi)者、政府部門高度關(guān)注的問(wèn)題。汽車的安全性可劃分為主動(dòng)安全性和被動(dòng)安全性。主動(dòng)安全性是指汽車能夠識(shí)別潛在的危險(xiǎn)自動(dòng)減速，或當(dāng)突發(fā)的因素出現(xiàn)時(shí)，能夠在駕駛員的操縱下避免發(fā)生交通事故的性能；被動(dòng)安全性是指汽車發(fā)生不可避免的交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)乘員或行人進(jìn)行保護(hù)，以免發(fā)生傷害或使傷害降低到最小程度。交通事故原因的統(tǒng)計(jì)分析表明，以預(yù)防事故發(fā)生的主動(dòng)安全性只能避免5%的事故，因此提高汽車被動(dòng)安全性日趨重要。美日汽車碰撞試驗(yàn)（清華大學(xué)）五、金屬板沖壓成型模擬分析由于沖壓成型材料利用率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生

7、產(chǎn)，故這一工藝方法在汽車生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。在傳統(tǒng)的沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)論是沖壓工序的制定、工藝參數(shù)的選取，還是沖壓模具的設(shè)計(jì)、制造，都要經(jīng)過(guò)多次修改才能確定。這種反復(fù)的調(diào)試過(guò)程造成企業(yè)人力、物力和財(cái)力的大量消耗，導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期難以保證。沖壓成型過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)的出現(xiàn)為改變這種傳統(tǒng)模式提供了強(qiáng)有力的工具。通過(guò)對(duì)沖壓過(guò)程模擬分析得到最佳模具結(jié)構(gòu)和工藝條件，并能通過(guò)對(duì)板材沖壓過(guò)程數(shù)值模擬，在計(jì)算機(jī)上觀察到模具結(jié)構(gòu)、沖壓工藝條件（如壓邊力、沖壓方向、摩擦潤(rùn)滑等）和材料性能參數(shù)（如皺曲、破裂）的影響，還可以提供最佳鉞料形狀、合理的壓料面形狀、最佳沖壓方向、以及分析卸載和切邊后的回彈量，并補(bǔ)償模

8、具尺寸以得到尺寸和形狀精度良好的沖壓件。該技術(shù)使試模時(shí)間大大縮短，從而減少制模成本。,“09'，-2六、疲勞分析傳統(tǒng)的疲勞技術(shù)由許多經(jīng)驗(yàn)公式組成。這些經(jīng)驗(yàn)公式根據(jù)一些理論框架，從材料、零件或結(jié)構(gòu)的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)中擬合而成。驗(yàn)證產(chǎn)品的疲勞性能一般需要進(jìn)行疲勞試驗(yàn)。疲勞分析依賴于準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)也需要得到試驗(yàn)驗(yàn)證。過(guò)去，常規(guī)設(shè)計(jì)定型樣機(jī)疲勞試驗(yàn)需要幾年甚至更多時(shí)間來(lái)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)失誤、修改設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代疲勞壽命設(shè)計(jì)技術(shù)是以電子技術(shù)（數(shù)字信息）和計(jì)算機(jī)技術(shù)（數(shù)字仿真）結(jié)合進(jìn)入機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，將機(jī)械強(qiáng)度壽命由定性設(shè)計(jì)提高到定量設(shè)計(jì)。它立足于隨機(jī)、動(dòng)態(tài)，整個(gè)受載過(guò)程的每一實(shí)時(shí)信號(hào)都參與設(shè)計(jì)，而不僅僅是一個(gè)

9、最大值?，F(xiàn)代疲勞試驗(yàn)技術(shù)只需在計(jì)算機(jī)上用仿真技術(shù)，用載荷譜模擬和加載，預(yù)測(cè)壽命和反饋優(yōu)化。這可把試驗(yàn)時(shí)間壓縮到原來(lái)的十分之一、百分之一，大大降低了開發(fā)成本，縮短了開發(fā)周期。根據(jù)疲勞理論，疲勞破壞主要由循環(huán)載荷引起。從理論上說(shuō)，如果汽車的輸入載荷相同，那么所引起的疲勞破壞也應(yīng)該一樣。因此，可以在試車場(chǎng)上按一定的比例混合各種路面及各種事件（如開門、關(guān)門、剎車等），重現(xiàn)這一載荷輸入。這一載荷重現(xiàn)通?？赡茉谳^短的時(shí)間里完成，因此，可以達(dá)到試驗(yàn)加速的目的。Idl七、空氣動(dòng)力學(xué)分析汽車空氣動(dòng)力學(xué)主要是應(yīng)用流體力學(xué)的知識(shí)，研究汽車行駛時(shí)，即與空氣產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽車周圍的空氣流動(dòng)情況和空氣對(duì)汽車的作用力（稱

10、為空氣動(dòng)力），以及汽車的各種外部形狀對(duì)空氣流動(dòng)和空氣動(dòng)力的影響。此外，空氣對(duì)汽車的作用還表現(xiàn)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻、車廂里的通風(fēng)換氣、車身外表面的清潔、氣流噪聲、車身表面覆蓋件的振動(dòng)、甚至刮水器的性能等方面的影響。為了減少空氣阻力系數(shù)，現(xiàn)代轎車的外形一般用園滑流暢的曲線去消隱車身上的轉(zhuǎn)折線。前圍與側(cè)圍、前圍、側(cè)圍與發(fā)動(dòng)機(jī)罩，后圍與側(cè)圍等地方均采用園滑過(guò)渡，發(fā)動(dòng)機(jī)罩向前下傾，車尾后箱蓋短而高翹，后冀子板向后收縮，擋風(fēng)玻璃采用大曲面玻璃，且與車頂園滑過(guò)渡，前風(fēng)窗與水平面的夾角一般在25度-33度之間，側(cè)窗與車身相平，前后燈具、門手把嵌入車體內(nèi)，車身表面盡量光潔平滑，車底用平整的蓋板蓋住，降低整車高度等

11、等，這些措施有助于減少空氣阻力系數(shù)。大園見后住發(fā)動(dòng)機(jī)蓋向酎下傾大曲面岐第后筐子板向后收鼐后淘鐮短而-Uq；q(ClfJII,L門把手嵌入/車體內(nèi)表面平滑'燈思鍬入的算子板閉車體內(nèi)前收縮八、虛擬試車場(chǎng)整車分析CA或術(shù)的飛速發(fā)展、軟硬件功能的大幅度提高使得整車系統(tǒng)仿真已經(jīng)成為可能。美國(guó)工程技術(shù)合作公司（ETA）在ANSYS/LS-DYA題件平臺(tái)上二次開發(fā)推出白虛擬試驗(yàn)場(chǎng)技術(shù)（virtualprovingground,VPG）就是一個(gè)對(duì)整車系統(tǒng)性能全面仿真實(shí)用軟件的代表。VPG術(shù)是汽車CAE技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)很有代表性的進(jìn)展。VP%在NASYS/LS-DYANM牛平臺(tái)上二次開發(fā)推出的，以整車系統(tǒng)

12、為分析對(duì)象，考慮系統(tǒng)各類非線性，以標(biāo)準(zhǔn)路面和車速為負(fù)荷，對(duì)整車系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞、權(quán)頻率振動(dòng)噪聲分析和數(shù)據(jù)處理、以及碰撞歷程仿真，達(dá)到在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期即可得到樣車道路實(shí)驗(yàn)結(jié)果的“整車性能預(yù)測(cè)”效果的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。/，IZ.，1bA九、焊裝模擬分析機(jī)器人在車身焊裝工位上的大量應(yīng)用提高了車身的焊接質(zhì)量，縮短了生產(chǎn)加工時(shí)間。但如何能夠快速而準(zhǔn)確地完成全部焊點(diǎn)的加工，即如何規(guī)劃?rùn)C(jī)器人焊接路徑問(wèn)題，是目前汽車制造企業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的機(jī)器人焊接路徑規(guī)劃方法是根據(jù)設(shè)計(jì)人員提供的工位上的焊點(diǎn)數(shù)量和焊接順序，由工藝人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或類似工藝離線編制機(jī)器人加工程序，設(shè)計(jì)加工工藝。所編寫的程序輸入到相應(yīng)設(shè)備中，在實(shí)驗(yàn)室里預(yù)操作，記錄下每次偏差位置，重新編程、設(shè)計(jì)直至滿足生產(chǎn)要求。這不僅耗時(shí)、費(fèi)力,同時(shí)對(duì)于多機(jī)器人加工的碰撞問(wèn)題無(wú)法解決。一旦涉及多機(jī)器人協(xié)同加工，則往往在實(shí)驗(yàn)室中采用步進(jìn)式逼近方法配合專家經(jīng)驗(yàn)加以解決，以免發(fā)生碰撞，損壞設(shè)備。為此，現(xiàn)代車身焊裝模擬分析結(jié)合虛擬制造技術(shù)，在仿真環(huán)境下，運(yùn)用相應(yīng)的優(yōu)化算法對(duì)車身焊裝工位的機(jī)器人加工路徑進(jìn)行離線規(guī)劃，并通過(guò)仿真加工進(jìn)行驗(yàn)證，從而達(dá)到指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的目的