摘要：伴隨我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，汽車(chē)產(chǎn)品質(zhì)量成為了現(xiàn)階段民眾關(guān)心的主要問(wèn)題，為了可以更好的保證汽車(chē)產(chǎn)品生產(chǎn)效率，引入了有限元分析技術(shù)。基于此，本文從汽車(chē)產(chǎn)品制造角度出發(fā)，對(duì)CAE技術(shù)的概念進(jìn)行了分析，研究了該技術(shù)在汽車(chē)生產(chǎn)中的應(yīng)用。希望可以通過(guò)以上論述，促進(jìn)我國(guó)汽車(chē)制造業(yè)進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：CAE技術(shù);車(chē)身覆蓋件;結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

引言：

隨著汽車(chē)制造技術(shù)的完善，CAE技術(shù)在汽車(chē)產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)揮著重要作用，不僅能夠完善車(chē)身結(jié)構(gòu)、優(yōu)化零件設(shè)計(jì)，還可以應(yīng)用模擬分析法以及動(dòng)力仿真學(xué)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程中的錯(cuò)誤和缺陷問(wèn)題，及時(shí)進(jìn)行優(yōu)化和補(bǔ)救。因此，對(duì)CAE技術(shù)在汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的運(yùn)用分析有著鮮明的現(xiàn)實(shí)意義。

1 CAE概述

CAE是一種計(jì)算機(jī)輔助工程，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜產(chǎn)品和工程的結(jié)構(gòu)分析，并且通過(guò)分析對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。從微觀角度講，CAE的關(guān)鍵應(yīng)該是信息集成，并且讓信息集成貫穿產(chǎn)品生產(chǎn)制造的整個(gè)生命周期。應(yīng)用CAE對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析，通常情況下可以分為三個(gè)階段：第一，前期處理。這個(gè)階段將會(huì)應(yīng)用CAE技術(shù)對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)體建模，涉及到構(gòu)件的布爾運(yùn)算、節(jié)點(diǎn)自動(dòng)編號(hào)以及公式參數(shù)化導(dǎo)入等內(nèi)容。第二，有限元分析。包含有限單元庫(kù)以及材料庫(kù)、約束處理算法，有限元系統(tǒng)組裝模塊，靜力、振動(dòng)、線性與非線性解法庫(kù)。對(duì)于大型通用體的物理、力學(xué)和數(shù)學(xué)特征，可以將其分解成若干個(gè)子問(wèn)題，由不同的有限元分析子系統(tǒng)完成。第三，后期處理。根據(jù)生產(chǎn)的具體需求，對(duì)有限元分析出的數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行加工以及檢測(cè)，并以圖像的形式呈現(xiàn)。

2 CAE技術(shù)在汽車(chē)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用

2.1汽車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

對(duì)于汽車(chē)而言，本身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度將會(huì)直接影響汽車(chē)整體安全性，因此CAE技術(shù)在這方面的應(yīng)用較為廣泛。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析往往應(yīng)用有限元分析方法進(jìn)行，通過(guò)此種方法對(duì)汽車(chē)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行合理計(jì)算，獲得產(chǎn)品各個(gè)部位的強(qiáng)度值[1]。但是，汽車(chē)內(nèi)部包含的零件以及各個(gè)組成部分眾多，所以有限元分析方法會(huì)對(duì)產(chǎn)品的主要部分著重分析，例如車(chē)架以及懸架等結(jié)構(gòu)。最為常見(jiàn)的有限元分析方法有：靜力分析、瞬態(tài)分析以及特征值分析：

在靜力分析過(guò)程中，將會(huì)得出汽車(chē)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力數(shù)值以及應(yīng)力位移分布情況，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，可以分析出產(chǎn)品哪個(gè)部位在工作荷載下不具備安全性，結(jié)構(gòu)中應(yīng)力集中點(diǎn)的位置，哪些部位強(qiáng)度不夠，為結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。

特征值分析方法在應(yīng)用過(guò)程中，會(huì)對(duì)產(chǎn)品各個(gè)部位特征進(jìn)行分析，并計(jì)算出固有頻率以及振型。工作人員通過(guò)對(duì)二者的分析，尋找出引起共振的部位和原因，并通過(guò)優(yōu)化原有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免共振的發(fā)生。

瞬態(tài)分析方法可以檢測(cè)出，汽車(chē)產(chǎn)品在相應(yīng)荷載動(dòng)力下的應(yīng)力以及位移等數(shù)據(jù)。例如，汽車(chē)在經(jīng)過(guò)一個(gè)凹凸不平的路面時(shí)，各部位應(yīng)力與位移都將會(huì)發(fā)生改變。以及這些數(shù)據(jù)與荷載之間的變化關(guān)系，以此為汽車(chē)結(jié)構(gòu)整體優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2車(chē)身覆蓋件的計(jì)算機(jī)仿真

車(chē)身覆蓋件是汽車(chē)重要的組成部分，并且形態(tài)較為復(fù)雜，自由曲面較多。該部件生產(chǎn)過(guò)程中包含幾何非線性問(wèn)題以及摩擦問(wèn)題。傳統(tǒng)的沖壓生產(chǎn)中，為了解決上述問(wèn)題，首先會(huì)對(duì)覆蓋件模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后對(duì)胚料形狀以及尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后制造覆蓋件的模型原件。并根據(jù)這個(gè)模型原件，進(jìn)行沖壓試驗(yàn)，從多次沖壓中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并進(jìn)行調(diào)試。此種方法在應(yīng)用過(guò)程中會(huì)消耗大量的物力以及人力，不僅生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)周期也較長(zhǎng)。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用，可以很好的解決以上問(wèn)題。在設(shè)計(jì)初始階段，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以對(duì)覆蓋件模型以及制造可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并在沖壓試驗(yàn)階段進(jìn)行故障分析，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。后續(xù)的覆蓋件批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可以起到缺陷分析作用，根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整材料，大大減少物力與人力資源的投入，降低生產(chǎn)成本。

2.3汽車(chē)碰撞安全性分析

以往對(duì)于汽車(chē)碰撞安全性分析主要應(yīng)用運(yùn)動(dòng)方程式進(jìn)行求解計(jì)算，但是在汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行路線以及車(chē)內(nèi)人員情況都較為復(fù)雜，加之車(chē)內(nèi)空間較小，不同使用者的碰撞規(guī)律無(wú)從把握，所以求解計(jì)算很難發(fā)揮作用[2]。CAE技術(shù)的應(yīng)用可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)用有限元分析方法。對(duì)撞擊時(shí)車(chē)身變形進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并對(duì)人體多種碰撞情況進(jìn)行多體動(dòng)力學(xué)分析。以此為基礎(chǔ)對(duì)安全氣囊、安全帶等設(shè)施進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，，根據(jù)最終的模擬數(shù)據(jù)分析汽車(chē)產(chǎn)品發(fā)生碰撞之后的安全性，不足之處合理進(jìn)行優(yōu)化。

結(jié)論：

綜上所述，CAE技術(shù)可以在汽車(chē)產(chǎn)品制造過(guò)程中，發(fā)揮重要作用。該技術(shù)通過(guò)對(duì)整車(chē)結(jié)構(gòu)、車(chē)身覆件等內(nèi)容的應(yīng)用分析，可以完善設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期;可以優(yōu)化制造過(guò)程，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率;可以降低汽車(chē)制造生命周期的損耗，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，促使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)于舉辦首屆中國(guó)數(shù)字仿真聯(lián)盟論壇暨第15屆中國(guó)CAE工程分析技術(shù)年會(huì)的通知[J].計(jì)算機(jī)輔助工程，2019（01）：73-74.

[2]張龍江，姚紅汝.鑄造CAE技術(shù)在大型球鐵件中壓外缸產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2019，54（01）：45-49.

作者簡(jiǎn)介：趙學(xué)鵬，1996年07月01日，男，籍貫：河北保定易縣白馬鄉(xiāng)，職稱和學(xué)歷：本科，研究方向或?qū)I(yè)：車(chē)輛工程，機(jī)車(chē)方向。