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        CAE技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的運(yùn)用探討

        2015-10-13 21:14:07閆海東孫明
        山東工業(yè)技術(shù) 2015年20期
        關(guān)鍵詞:應(yīng)用

        閆海東 孫明

        摘要:汽車工業(yè)的快速發(fā)展,使得國內(nèi)汽車自主研發(fā)能力進(jìn)一步增強(qiáng),傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)方法已不能滿足現(xiàn)狀,CAE技術(shù)逐步成為整車開發(fā)中的核心技術(shù)。CAE 技術(shù)改變了傳統(tǒng)的整車開發(fā)模式,對于進(jìn)一步縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期、降低產(chǎn)品的開發(fā)成本具有重要的意義。本文系統(tǒng)闡述了CAE技術(shù)在汽車工業(yè)中的地位和作用,對CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了介紹,分析了當(dāng)前CAE技術(shù)的現(xiàn)狀,并提出了CAE技術(shù)的發(fā)展趨勢。

        關(guān)鍵詞:CAE技術(shù);汽車設(shè)計(jì);應(yīng)用

        0前言

        隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和居民生活水平的提高,消費(fèi)者對汽車舒適性提出了更高的要求。CAE技術(shù)作為整車開發(fā)中的核心技術(shù),在汽車零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中發(fā)揮著越來越重要的作用。計(jì)算機(jī)輔助工程CAE(Computer Aided Engineering)包括工程和制造業(yè)的許多方面,主要是指使用計(jì)算機(jī)對產(chǎn)品進(jìn)行可靠性分析、性能分析等,并對其潛在運(yùn)動模式及失效形式進(jìn)行仿真模擬,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷,在此基礎(chǔ)上對產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化以滿足產(chǎn)品的可靠性能和耐久性能。

        1CAE技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的作用

        CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中得到了廣泛應(yīng)用,覆蓋了汽車設(shè)計(jì)和制造的各個環(huán)節(jié),包括諸如整車振動及疲勞、整車操縱穩(wěn)定性及平順性、零部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等方面。CAE技術(shù)的使用極大地提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量、性能,降低了產(chǎn)品的研發(fā)成本,縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期??梢哉f,CAE技術(shù)已在汽車產(chǎn)品開發(fā)過程中處于無可替代的地位。

        CAE 技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)開發(fā)過程中的作用體現(xiàn)在四個方面:

        (1)減少研發(fā)成本:傳統(tǒng)意義上的汽車產(chǎn)品研發(fā)需不斷重復(fù)設(shè)計(jì)、試制、測試、改進(jìn)過程,CAE技術(shù)的運(yùn)用使得汽車產(chǎn)品問題可以通過仿真得以解決,從而提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量及效率,大幅降低了研發(fā)成本;

        (2)縮短開發(fā)周期:改變了傳統(tǒng)汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)中僅依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性分析的局限,通過使用定量分析可在較短時間內(nèi)嘗試更多設(shè)計(jì)方案,更快獲得最佳產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案,為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師提供設(shè)計(jì)參考,減少設(shè)計(jì)過程盲目性,從而縮短開發(fā)周期;

        (3)降低設(shè)計(jì)研發(fā)風(fēng)險:通過使用CAE技術(shù)對汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案階段的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行預(yù)先評估,可大大降低新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)風(fēng)險;

        (4)優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu):通過CAE技術(shù)可進(jìn)行結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化,通過優(yōu)化汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)參數(shù)以達(dá)到輕量化,進(jìn)一步減輕整車重量,增強(qiáng)整車操縱穩(wěn)定性和行駛平順性。

        2CAE技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

        2.1汽車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、疲勞及NVH分析

        汽車結(jié)構(gòu)、疲勞分析主要包括整車、各子系統(tǒng)及各零部件的強(qiáng)度、剛度和耐久特性等,如進(jìn)排氣系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)等子系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度、模態(tài),白車身、副車架、懸置安裝支架等零部件的強(qiáng)度、剛度、模態(tài)。NVH特性主要是指影響汽車乘坐及駕駛環(huán)境的振動噪聲性能,主要包括整車、各子系統(tǒng)及各零部件的模態(tài),主要為發(fā)動機(jī)、路面激勵的頻率響應(yīng)分析、噪聲分析等。

        2.2汽車安全性能分析

        汽車的安全性能直接關(guān)系到駕駛員及乘客的生命,如何提高車身的防碰撞能力是汽車被動安裝亟須解決的問題之一。使用CAE技術(shù)對汽車碰撞過程進(jìn)行仿真模擬,主要包括正碰、側(cè)碰、后碰、40%偏置碰和行人保護(hù)等方面。因碰撞屬于大變形的非線性問題,實(shí)車模擬碰撞往往試驗(yàn)成本較高,仿真模擬可以大幅度降低試驗(yàn)成本。

        2.3汽車多體動力學(xué)分析

        使用多體動力學(xué)對汽車動力性能進(jìn)行仿真,預(yù)測并優(yōu)化整車的動力性能,可提高汽車產(chǎn)品性能,縮短研發(fā)周期,降低研發(fā)成本。多體動力學(xué)主要包括動力學(xué)和運(yùn)動學(xué)仿真,主要包括整車的操縱穩(wěn)定性、平順性,汽車玻璃的升降功能,雨刮器的運(yùn)動等。

        3CAE技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

        3.1應(yīng)用現(xiàn)狀

        CAE技術(shù)在我國汽車行業(yè)中的應(yīng)用較廣,經(jīng)過多年的推廣和應(yīng)用,其在汽車產(chǎn)品研發(fā)過程中發(fā)揮著越來越重要的作用。具體表現(xiàn)在:CAE技術(shù)分析方法的精確性和準(zhǔn)確性得到了中國汽車企業(yè)的普遍認(rèn)可;CAE分析與CAD設(shè)計(jì)同步,進(jìn)一步增強(qiáng)了設(shè)計(jì)與分析一體化;CAE技術(shù)已逐步成為設(shè)計(jì)過程中必不可少的環(huán)節(jié);CAE分析范圍不斷擴(kuò)大,對象由零部件到整車、從線彈性分析到多物理場耦合分析。

        同國外先進(jìn)技術(shù)相比,國內(nèi)CAE技術(shù)在應(yīng)用的廣度和深度上、理論基礎(chǔ)和技術(shù)水平上尚存在一定差距?,F(xiàn)階段,我國汽車行業(yè)的應(yīng)用深度不夠,團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)和積累較少,汽車企業(yè)普遍缺乏完善的CAE分析標(biāo)準(zhǔn)和流程?;诖耍嚻髽I(yè)要加快自身CAE團(tuán)隊(duì)建設(shè),拓寬CAE應(yīng)用領(lǐng)域,并提高CAE應(yīng)用深度;建立并完善企業(yè)自身的CAE分析流程、規(guī)范及評價指標(biāo);正確認(rèn)識試驗(yàn)與CAE分析技術(shù)之間的關(guān)系,進(jìn)一步提高CAE分析技術(shù)的準(zhǔn)確度。

        3.2發(fā)展趨勢

        汽車工業(yè)作為機(jī)械制造業(yè)的中堅(jiān)力量,其能力直接反映了一個國家制造業(yè)的發(fā)展水平,世界經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國的發(fā)展無不與汽車工業(yè)有著極其密切的關(guān)系。作為機(jī)械制造業(yè)的標(biāo)桿,汽車工業(yè)一直以來都是高新技術(shù)應(yīng)用的急先鋒。

        計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,使得計(jì)算機(jī)仿真軟件不斷更新完善,進(jìn)一步強(qiáng)化了CAE技術(shù)的應(yīng)用范疇。更多領(lǐng)域的CAE技術(shù)將被應(yīng)用到汽車工業(yè)中,多學(xué)科的相互滲透、多場耦合,更系統(tǒng)全面地為汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù);分析對象由宏觀向微觀發(fā)展,無網(wǎng)格有限元技術(shù)將代替現(xiàn)有的有限元網(wǎng)格技術(shù),遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)化算法的運(yùn)用,成為未來CAE發(fā)展的趨勢;網(wǎng)絡(luò)化的運(yùn)用,也極大地促進(jìn)了CAE技術(shù)的發(fā)展。

        4結(jié)論

        隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高,汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)中將不斷地引進(jìn)CAE技術(shù),并將其普及到各個領(lǐng)域。CAE技術(shù)也將最大限度的發(fā)揮其自身優(yōu)勢提高汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)和質(zhì)量,以其自身的直觀性實(shí)現(xiàn)汽車設(shè)計(jì)的真實(shí)性,推動自身發(fā)展的同時促進(jìn)汽車設(shè)計(jì)行業(yè)的發(fā)展。

        參考文獻(xiàn):

        [1]張?jiān)缑?CAE在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].汽車科技,2008(05):7-11.

        [2]朱顏.汽車優(yōu)化設(shè)計(jì)中CAE技術(shù)的應(yīng)用[J].科技信息,2008 :279,281.

        [3]王宏曉.某輕型客車白車身CAE工程應(yīng)用研究[D].河南工業(yè)大學(xué),2013.endprint

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