汽车CAE工程分析

1、汽车 CAE 工程分析汽车公司建立高性能的计算机辅助工程分析系统，其专业 CAE 队伍与产品开发 同步地广泛开展CAE应用，在指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发 周期上发挥着日益显著的作用。CAE应用于车身开发上成熟的方面主要有：刚度、 强度、 NVH 分析、机构运动分析等；而车辆碰撞模拟分析、金属板件冲压成型 模拟分析、疲劳分析和空气动力学分析的精度有进一步提高，已投入实际使用， 完全可以用于定性分析和改进设计； 虚拟试车场整车分析正在着手研究， 此外还 有焊装模拟分析、喷涂模拟分析等。汽车公司建立高性能的计算机辅助工程分析系统，其专业CAE队伍与产品开发同步地广泛开展CAE应用，在

2、指导设计、提高质量、降低开发成本和缩短开发 周期上发挥着日益显著的作用。CAE应用于车身开发上成熟的方面主要有：刚度、 强度（应用于整车、大小总成与零部件分析，以实现轻量化设计）、NVH 分析（各种振动、噪声，包括摩擦噪声、风噪声等）、机构运动分析等；而车辆碰撞 模拟分析、 金属板件冲压成型模拟分析、 疲劳分析和空气动力学分析的精度有进 一步提高， 已投入实际使用， 完全可以用于定性分析和改进设计， 大大减少了这 些费用高、 周期长的试验次数； 虚拟试车场整车分析正在着手研究， 此外还有焊 装模拟分析、喷涂模拟分析等。、刚度和强度分析有限元法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而到

3、普遍采 用，特别是在材料应力 -应变的线性范围内更是如此。另外，当考虑机械应力与 热应力的偶合时，像ANSYS NASTRAN等大型软件都提供了极为方便的分析手 段。（1）车架和车身的强度和刚度分析：车架和车身是汽车中结构和受力都较复杂 的部件，对于全承载式的客车车身更是如此。 车架和车身有限元分析的目的在于 提高其承载能力和抗变形能力、 减轻其自身重量并节省材料。 另外，就整个汽车 而言，当车架和车身重量减轻后， 整车重量也随之降低， 从而改善整车的动力性 和经济性等性能。（2）齿轮的弯曲应力和接触应力分析：齿轮是汽车发动机和传动系中普遍采用 的传动零件。 通过对齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应

4、力的分析， 优化齿轮结构参 数，提高齿轮的承载载力和使用寿命。（3）发动机零件的应力分析：以发动机的缸盖为例，其工作工程中不仅受到气 缸内高压气体的作用， 还会产生复杂的热应力。 缸盖开裂事件时有发生。 如果仅 采用在开裂处局部加强的办法加以改进， 无法从根本上解决问题。 有限元法提供 了解决这一问题的根本途径。、NVH分析lirt From: I近年来，随着人们环保意识的增强，对汽车提出了更高要求。为此，国际汽车界制定NVH标准，即噪音(Noise)、振动(Vibration)、平稳(Harshness)三项标 准，通俗称为乘坐轿车的舒适感”对NVH标准的一项试验表明，用顾客较喜欢的轿车作试

5、验，在用水泥铺得较 平坦的公路上，轿车以时速40公里的速度行驶，如将欧洲产轿车的NVH以100% 作标准，日本轿车则为75%，韩国轿车为50%。欧洲轿车悬架技术较高，所以 乘坐舒适，日本轿车设计时将人体工程学考虑在内， 对提高乘坐舒适感有很大帮 助。车体:特别上氐主也容易产生共振.厂氐后箱也星产生共振的主要地方.合 底盘系：行驶时底盘极易产生 共振：僅动罢的机械声，车轮在 曙面的行驶声也通过底盘传入车 内臥上几方面产生的噪音，占了汽、引擎萦：引擎转动时产生的噪音和振动，传入车箱内.从发动机盖、防火墙、仪表台下方传入车箱内氏车门系：车门餐度大,刚性不足 产生并振；外面的噪声从細缝业、机构运动分析

6、机构运动分析就是根据原动件的已知运动规律，求该机构其他构件上某些点 的位移、轨迹、速度和加速度，以及这些构件的角位移、角速度和角加速度。通 过对机构进行位移或轨迹的分析，可以确定某机构件在运动时所需得空间， 判断 当机构运动时各构件之间是否会互相干涉， 确定机构中从动件的行程，考察构件 上某一点能否实现预定的位置或轨迹要求。 通过对机构进行速度分析，可以了解 从动件的速度变化规律能否满足工作要求， 了解机构的受力情况。通过对机构进 行加速度分析，可以确定各构件及构件上某些点的加速度， 了解机构加速度的变 化规律。机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。四、车辆碰撞模拟分析汽车作为现代化交

7、通工具，在给人们的生活带来便利与乐趣的同时，也因其 引起的交通事故给人类的生命和财产带来极大的威胁和伤害。因此，汽车的安全性是汽车厂商、消费者、政府部门高度关注的问题。汽车的安全性可划分为主动 安全性和被动安全性。主动安全性是指汽车能够识别潜在的危险自动减速，或当突发的因素出现时，能够在驾驶员的操纵下避免发生交通事故的性能； 被动安全 性是指汽车发生不可避免的交通事故后， 能够对车内乘员或行人进行保护，以免 发生伤害或使伤害降低到最小程度。交通事故原因的统计分析表明，以预防事故 发生的主动安全性只能避免5%的事故，因此提高汽车被动安全性日趋重要。五、金属板冲压成型模拟分析由于冲压成型材料利用率

8、高，产品质量稳定，易于实现自动化生产，故这一 工艺方法在汽车生产中得到广泛应用。在传统的冲压生产过程中，无论是冲压工 序的制定、工艺参数的选取，还是冲压模具的设计、制造，都要经过多次修改才 能确定。这种反复的调试过程造成企业人力、 物力和财力的大量消耗，导致生产 成本高，生产周期难以保证。冲压成型过程数值模拟技术的出现为改变这种传统模式提供了强有力的工 具。通过对冲压过程模拟分析得到最佳模具结构和工艺条件，并能通过对板材冲 压过程数值模拟，在计算机上观察到模具结构、冲压工艺条件（如压边力、冲压 方向、摩擦润滑等）和材料性能参数（如皱曲、破裂）的影响，还可以提供最佳 钣料形状、合理的压料面形状、

9、最佳冲压方向、以及分析卸载和切边后的回弹量， 并补偿模具尺寸以得到尺寸和形状精度良好的冲压件。该技术使试模时间大大缩短，从而减少制模成本。且.com六、疲劳分析传统的疲劳技术由许多经验公式组成。这些经验公式根据一些理论框架，从 材料、零件或结构的疲劳试验数据中拟合而成。 验证产品的疲劳性能一般需要进 行疲劳试验。疲劳分析依赖于准确的试验数据，同时也需要得到试验验证。过去, 常规设计定型样机疲劳试验需要几年甚至更多时间来发现设计失误、修改设计。 现代疲劳寿命设计技术是以电子技术（数字信息）和计算机技术（数字仿真）结 合进入机械设计领域，将机械强度寿命由定性设计提高到定量设计。它立足于随 机、动态

10、，整个受载过程的每一实时信号都参与设计，而不仅仅是一个最大值。 现代疲劳试验技术只需在计算机上用仿真技术，用载荷谱模拟和加载，预测寿命和反馈优化。这可把试验时间压缩到原来的十分之一、 百分之一，大大降低了开 发成本，缩短了开发周期。根据疲劳理论，疲劳破坏主要由循环载荷引起。从理论上说，如果汽车的输 入载荷相同，那么所引起的疲劳破坏也应该一样。 因此，可以在试车场上按一定 的比例混合各种路面及各种事件（如开门、关门、刹车等），重现这一载荷输入。 这一载荷重现通常可能在较短的时间里完成，因此，可以达到试验加速的目的。七、空气动力学分析汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识，研究汽车行驶时，即与空气

11、产 生相对运动时，汽车周围的空气流动情况和空气对汽车的作用力（称为空气动 力），以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。此外，空气对汽 车的作用还表现在汽车发动机的冷却、车厢里的通风换气、车身外表面的清洁、 气流噪声、车身表面覆盖件的振动、甚至刮水器的性能等方面的影响。为了减少空气阻力系数，现代轿车的外形一般用园滑流畅的曲线去消隐车身 上的转折线。前围与侧围、前围、侧围与发动机罩，后围与侧围等地方均采用园 滑过渡，发动机罩向前下倾，车尾后箱盖短而高翘，后冀子板向后收缩，挡风玻 璃采用大曲面玻璃，且与车顶园滑过渡，前风窗与水平面的夹角一般在25度-33度之间，侧窗与车身相平，前后灯具、

12、门手把嵌入车体内，车身表面尽量光 洁平滑，车底用平整的盖板盖住，降低整车高度等等，这些措施有助于减少空气 阻力系数。睹箱蓋短大园犯后住Fro H *E动机盖 向餌下倾后蘆子板.同门耙手嵌入 车体内表面平啣Si IT W . com八、虚拟试车场整车分析CAE技术的飞速发展、软硬件功能的大幅度提高使得整车系统仿真已经成为 可能。美国工程技术合作公司（ETA）在ANSYS/LS-DYAN软件平台上二次开发 推出的虚拟试验场技术（virtual proving ground, VPG）就是一个对整车系统性 能全面仿真实用软件的代表。VPG技术是汽车CAE技术领域中一个很有代表性 的进展。VPG是在A

13、NSYS/LS-DYAN软件平台上二次开发推出的，以整车系统为分析 对象，考虑系统各类非线性，以标准路面和车速为负荷，对整车系统同时进行结 构疲劳、权频率振动噪声分析和数据处理、以及碰撞历程仿真，达到在产品设计 前期即可得到样车道路实验结果的整车性能预测”效果的计算机仿真技术。九、焊装模拟分析机器人在车身焊装工位上的大量应用提高了车身的焊接质量，缩短了生产加 工时间。但如何能够快速而准确地完成全部焊点的加工， 即如何规划机器人焊接 路径问题，是目前汽车制造企业迫切需要解决的问题。传统的机器人焊接路径规划方法是根据设计人员提供的工位上的焊点数量和 焊接顺序，由工艺人员根据经验或类似工艺离线编制机器人加工程序，设计加工工艺。所编写的程序输入到相应设备中， 在实验室里预操作，记录下每次偏差位 置，重新编程、设计直至满足生产要求。这不仅耗时、费力，同时对于多机器人 加工的碰撞问题无法解决。一旦涉及多机器人协同加工，则往往在实验室中采用 步进式逼近方法配合专家经验加以解决，以免发生碰撞，损坏设备。为此，现代车身焊装模拟分析结合虚拟制造技术，在仿真环境下，运用相应 的优化算法对车身焊装工位的机器人加工路径进行离线规划，并通过仿真加工进行验证，从而