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車身前端工程設(shè)計(jì)過程的優(yōu)化

汽車這種資本高度密集型產(chǎn)業(yè)最關(guān)注的一個(gè)問題就是前端工程設(shè)計(jì)，其旨在汽車設(shè)計(jì)初期提出相關(guān)的概念模型，判斷設(shè)計(jì)實(shí)施的可行性、縮短研發(fā)周期和研發(fā)成本，同時(shí)提高整車性能并滿足相關(guān)環(huán)境和安全法規(guī)。對此，提出了一個(gè)在早期設(shè)計(jì)階段進(jìn)行概念設(shè)計(jì)的新方法，通過該方法考慮車身布局和質(zhì)量、剛度，對車身進(jìn)行優(yōu)化，為車身概念設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)起點(diǎn)并為先進(jìn)車身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)原則。

前端工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是概念設(shè)計(jì)階段，該階段影響設(shè)計(jì)之后的發(fā)展方向。早期設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)的概念模型由于缺乏自由度，因此不能保證之后詳細(xì)設(shè)計(jì)階段車身的結(jié)構(gòu)性能，而詳細(xì)設(shè)計(jì)階段進(jìn)行性能補(bǔ)償?shù)某杀具h(yuǎn)高于概念設(shè)計(jì)階段。提出了一種新方法，即將集成CAD/CAE建模方法和簡化有限元模型方法應(yīng)用在車身概念設(shè)計(jì)階段。因此，建立的CAD概念模型不僅可以用于CAE分析和優(yōu)化，還可以應(yīng)用在其后的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，對CAD概念模型與CAE概念模型的相互轉(zhuǎn)化進(jìn)行了詳細(xì)說明。簡化有限元模型方法的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了快速計(jì)算，如果迭代足夠的次數(shù)將產(chǎn)生與精確模型等效的結(jié)果。將車身全局剛度和目標(biāo)位置剛度設(shè)置為優(yōu)化目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。給出一個(gè)實(shí)例，選取車身前部一個(gè)接頭連接模型，由3個(gè)與之連接的受力桿件相互作用。參數(shù)化建模時(shí)，通過導(dǎo)入NASTRAN軟件中的CAE模型創(chuàng)建一個(gè)線框模型，從其曲面形狀中通過拖動(dòng)邊線創(chuàng)建分割表面。對分割表面進(jìn)行自動(dòng)網(wǎng)格劃分，生成連接處的曲面網(wǎng)格概念模型。通過雙彎曲載荷和單彎曲載荷試驗(yàn)，給定不同的載荷條件和邊界條件，對結(jié)果優(yōu)化迭代10次，并將建立的概念模型與精確模型對比。結(jié)果表明，誤差最大為受力桿件3，約14%；誤差最小為受力桿件1，約0.5%，前者用時(shí)10min，精確模型則花費(fèi)了245min。指出若增加迭代次數(shù)，概念模型精度將得到提高。

Wookjin Na et al. SAE 2014-01-0388.

編譯：王維