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虛擬樣機(jī)在汽車復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

美國出臺新的法規(guī)迫使汽車制造商尋求增加汽車?yán)m(xù)駛里程、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的方法。該法規(guī)要求在2016年汽車平均燃油經(jīng)濟(jì)性需要達(dá)到8.0L/100km，與現(xiàn)在的11.1L/100km相比，這是一個很大的飛躍。提高燃油效率、使用替代燃料和輕量化成為了實現(xiàn)該目標(biāo)的首要選擇。由于前兩項措施僅能在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行改善，要實現(xiàn)50%燃油經(jīng)濟(jì)性的提高是不可能的，因此輕量化成為了最具可行性的措施。目前各汽車制造商開始將復(fù)合材料應(yīng)用在汽車行業(yè)中，但復(fù)合材料的制造生產(chǎn)成本較高，因此借助虛擬樣機(jī)技術(shù)可以在產(chǎn)品生產(chǎn)早期對設(shè)計進(jìn)行評估，以減少對組件原型的制造和測試，降低成本。基于虛擬樣機(jī)對復(fù)合材料制造的車門進(jìn)行了分析，介紹了虛擬樣機(jī)在汽車復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。

在汽車行業(yè)中，應(yīng)用復(fù)合材料面臨分析和制造兩大挑戰(zhàn)。一方面，復(fù)合材料組件原型的制造是一個緩慢的過程；另一方面，與復(fù)合材料組件設(shè)計相關(guān)的變量較多，使得建立的組件原型不可能完全反映出這些變量變化產(chǎn)生的影響。因此，可以采用虛擬樣機(jī)技術(shù)。在利用虛擬樣機(jī)技術(shù)時，首先需要對復(fù)合材料特性進(jìn)行定義，在模擬層狀復(fù)合材料時需要定義其各個方向的剛度。利用ANSYS軟件的ACP模塊對使用傳統(tǒng)材料和復(fù)合材料制造的車門進(jìn)行模態(tài)分析、車門下沉量分析和氣動特性分析。其中，模態(tài)分析用來確定車門的振動特性；車門下沉量分析用來確定車門的下沉阻力；氣動特性分析用來確定汽車高速行駛時車門可承受的氣動特性在車門處產(chǎn)生的內(nèi)外壓力差。分析結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)材料制成的車門相比，由于復(fù)合材料車門質(zhì)量減輕，因此其下沉量明顯減少，但由于內(nèi)外壓力差引起的車門凹陷增加而在實際應(yīng)用時需要提高其強(qiáng)度。

Gunjan Verma et al. SAE 2014-28-0031.

編譯：王祥