计算机辅助工程CAE在汽车工程中的应用ppt课件

1、CAE在汽车工程中的运用.何谓CAE技术？CAE Computer Aided Engineering为计算机辅助工程的英文缩写。采用虚拟分析方法对构造场的性能进展模拟仿真，预测构造场的性能，优化构造场的设计，为产品研发提供指南，为处理实践工程问题提供根据。.何谓CAE技术？涉及的知识面比较广，如计算力学、计算数学、工程管理学、计算机图形学、现代计算技术等。利用CAE软件可对产品进展物理、力学性能分析、模拟、预测、评价和优化，以实现产品的技术创新。. CAE技术开展历程 CAE的运用首先是从有限元分析开场的。 20世纪50年代，在航空构造设计中首先提出有限元法有限元法第一个胜利的尝试是将刚架位

2、移法推行运用于弹性力学平面问题。Turner、Clough等人在分析飞机构造时采用三角形单元求出了平面应力问题的正确解。.CAE技术开展历程60年代后期，美国的大型通用有限元软件MSC.NASTRAN首先运用于航空航天。经过数十年开展，其实际和运用得到迅速开展、完善弹性力学平面问题扩展到空间问题、板壳问题，静力平衡问题扩展到稳定问题、动力问题和动摇问题.CAE技术开展历程从弹性资料扩展到塑性、粘弹性、粘塑性和复合资料等从固膂力学扩展到流膂力学、传热学等延续介质力学领域。从分析和校核扩展到优化设计、拓补优化设计等。.CAE技术的优点添加设计功能，减少设计本钱；缩短设计和分析的循环周期；添加产品和

3、工程的可靠性；采用优化设计，降低资料的耗费或本钱；在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题；模拟各种实验方案，减少实验时间和经费；进展机械事故分析，查找事故缘由。.CAE技术的优点 在汽车开展历史上，至今还没有什么技术能与CAE技术相比，为汽车企业带来宏大的报答。 统计结果阐明，运用 CAE 技术后，新车开发期的费用占开发本钱的比例从80%90%下降到 8%12%。例如：美国福特汽车公司2000年运用CAE后，其新车型开发周期从36个月降低到1218个月；开发后期设计修正率减少50%；原型车制造和实验本钱减少50%；投资收益提高50%。 .有限元分析流程案例分析1、选择CAD软件和FEM软件2

4、、建立物理模型3、前处置几何清理及修补、划分网格、施加约束及载荷4、求解5、后处置：计算结果的描画和解释.有限元分析流程案例分析1、选择CAD软件和FEM软件常用的CAD建模软件有：CATIA、UG、PRO/E、I-DEAS、SOLIDWORKS等常用的FEM软件：前处置软件：HYPERMESH、MSC.PATRAN、TRIG、ANSYS、ABAQUS(CAE)等求解软件：MSC公司的系列软件、ABAQUS、ANSYS、LS-DYNA、FLUENT等后处置软件：HYPERVIEW、ENSIGHT、ANSYS POST1/POST26、 ABAQUS(VIEWER)等.有限元分析流程案例分析 在

5、做有限元分析时，需根据不同的分析目的选择不同的分析软件，详细如下：运动学/动力学分析：MSC.ADAMS等线性分析如强度、刚度、位移等： MSC.NASTRAN、ABAQUSstandard模块、ANSYS非线性分析：MARC耦合场分析如刚柔耦合、流固耦合、热固耦合等： ANSYS金属成形分析：DEFORM、DYNAFORM、LS-DYNA、ABAQUS(explicit)、MSC.MARC、MOLDFLOW、PAM-STAMP等碰撞分析： LSDYNA、PAM-CRASH、MADYMO等流场分析：FLUENT、STAR-CD、MSC.EASY等疲劳寿命分析：MSC.FATIGUE、FE.FA

6、TIGUE等振动噪声NVH分析:LMS软件等系统过程集成及优化分析软件：OPTIMUS、ISIGHT等.有限元分析流程案例分析2、建立物理模型物理模型应该在最大程度上与实物一致，否那么，会导致分析结果失真。建模软件有：CATIA、UG、PRO/E、I-DEAS、SOLIDWORKS等原那么上由客户提供物理模型以下图是采用UG建立的发动机曲轴的物理模型.有限元分析流程案例分析3、前处置几何清理及修补将物理模型经过IGS、STEP等格式导入到前处置软件中会存在几何信息如面、线等丧失问题，因此，需求对物理模型进展修补，以确保物理模型不失真。网格划分时，需求去掉小倒角、小孔等对分析结果影响较小的几何特

7、征，以改善网格质量。划分网格 网格划分综合思索如下要素：分析目的线性或非线性、计算机软硬件、计算精度、计算时间等。施加约束及载荷.CAE分析时应留意的问题 将实践工程问题转化为力学问题要正确。分析对象的选取、载荷工况和施加载荷确实定、边境条件位移约束条件确实定、构造的刚度和质量、载荷传送途径和应力集中等问题的处置是CAE分析的关键。CAE模型的建立是在对分析对象进展力学定性分析之后进展的。.CAE分析时应留意的问题 将实践工程问题转化为力学问题要正确。分析对象的选取、载荷工况和施加载荷确实定、边境条件位移约束条件确实定、构造的刚度和质量、载荷传送途径和应力集中等问题的处置是CAE分析的关键。C

8、AE模型的建立是在对分析对象进展力学定性分析之后进展的。.CAE分析时应留意的问题 在处理实践工程问题时要区分静强度破坏、疲劳破坏和振动耦合破坏。由于构造破坏的缘由不同，处理问题的方法也不同。建立的有限元模型与分析目的有关。根据分析目的建立的公用有限元模型不宜提供分析目的以外的准确信息。 .CAE分析时应留意的问题 建立CAE分析指南对CAE分析非常重要。CAE分析模型的正确性和计算结果的合理性必需用力学分析、分析阅历、实验分析和实践运用情况进展判别。CAE 分析的主要目的是优化设计、经过多方案比较和设计优化分析选择较优的设计方案。在普通情况下，不用CAE的计算结果评价构造“行还是“不行。.C

9、AE分析时应留意的问题 关于实验验证问题，应认识到实验分析和CAE分析都存在误差，二者是相互验证的关系。实验分析的结果和CAE分析的结果至少在规律方面应该根本一样，不能有显著差别，数值误差应在允许的范围之内。.CAE在汽车行业的运用一、刚度和强度分析1车架和车身的强度和刚度分析：提高其承载才干和抗变形才干、减轻其本身分量并节省资料。.CAE在汽车行业的运用2齿轮的弯曲应力和接触应力分析 经过对齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的分析，优化齿轮构造参数，提高齿轮的承载载力和运用寿命。.CAE在汽车行业的运用3发动机零件的应力分析.CAE在汽车行业的运用二、NVH分析 噪音(Noise)、振动(Vib

10、ration)、平稳(Harshness) 三项规范，通俗称为乘坐 “温馨感。 NVH规范的实验阐明，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% 作规范，日本轿车那么为75%，韩国轿车为50%。欧洲轿车悬架技术较高，所以乘坐温馨，日本轿车设计时将人体工程学思索在内，对提高乘坐温馨感有很大协助。.CAE在汽车行业的运用.CAE在汽车行业的运用.CAE在汽车行业的运用三、机构运动分析 机构运动分析就是根据原动件的知运动规律，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。.CAE在汽车行业的运用 经过对机构

11、 进展位移或轨迹的分析，可以确定某机构件在运动时所需得空间，判别当机构运动时各构件之间能否会相互关涉，确定机构中从动件的行程，调查构件上某一点能否 实现预定的位置或轨迹要求。.CAE在汽车行业的运用 经过对机构进展速度分析，了解从动件的速度变化规律能否满足任务要求，了解机构的受力情况。 经过对机构进展加速度分析，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。 .CAE在汽车行业的运用.CAE在汽车行业的运用四、车辆碰撞模拟分析 汽车平安性分:自动平安性和被动平安性 自动平安性是指汽车可以识别潜在的危险自动减速，或当突发的要素出 现时

12、，可以在驾驶员的支配下防止发生交通事故的性能. 被动平安性是指汽车发生不可防止的交通事故后，可以对车内乘员或行人进展维护，以免发生损伤或使损伤 降低到最小程度。.CAE在汽车行业的运用.CAE在汽车行业的运用五、金属板冲压成型模拟分析 冲压成型资料利用率高，产质量量稳定，易于实现自动化消费-广泛运用。 在传统的冲压消费过程中，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，都要经过多次修正才干确定-导致消费本钱高，消费周期难以保证。.CAE在汽车行业的运用 冲压成型过程数值模拟技术经过对板材冲压过程数值 模拟，在计算机上察看到模具构造、冲压工艺条件如压边力、冲压方向、摩擦光滑

13、等和资料性能参数如皱曲、破裂的影响，提供最正确钣料外形、合理的压料面外形、最正确冲压方向、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外形精度良好的冲压件。该技术使试模时间大大缩短，从而减少制模本钱。 .CAE在汽车行业的运用.CAE在汽车行业的运用六、疲劳分析 常规设计定型样机疲劳实验需求几年甚至更多时间来发现设计失误、修正设计。 现代疲劳实验技术只需在计算机上用仿真技术，用载荷谱模拟和加载，预测寿命和反响优化。这可把实验时间紧缩到原来的非常之一、百分之一，大大降低了开发本钱，缩短了开发周期。.CAE在汽车行业的运用 根据疲劳实际，疲劳破坏主要由循环载荷引起。从实际上说，假设汽车

14、的输入载荷一样，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。这一载荷重现通常能够在较短的时间里完成，因此，可以到达实验加速的目的。 .CAE在汽车行业的运用.CAE在汽车行业的运用七、空气动力学分析 汽车空气动力学主要是运用流膂力学的知识， 研讨汽车行驶时，即与空气产生相对运动时，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外形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如今汽车发动机的冷却、车厢里的通风换气、车身外外表的清洁、气流噪声、车身外表覆盖件的振动、甚至刮水器

15、的性能等方面 的影响。 .CAE在汽车行业的运用.CAE在汽车行业的运用八、虚拟试车场整车分析 CAE技术的飞速开展、软硬件功能的大幅度提高使得整车系统仿真曾经成为能够。美国工程技术协作公司ETA在ANSYS/LS-DYAN软件平台上二次开发推出的虚拟实验场技术virtual proving ground, VPG就是一个对整车系统性能全面仿真适用软件的代表。VPG技术是汽车CAE技术领域中一个很有代表性的进展。 .CAE在汽车行业的运用 VPG是在ANSYS/LS-DYAN软件平台上二次开发推出的，以整车系统为分析对象，思索系统各类非线性，以规范路面和车速为负荷，对整车系统同时进展构造疲劳、

16、权频率振动噪声分析和数据处置、以及碰撞历程仿真，到达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。 .CAE在汽车行业的运用.CAE在汽车行业的运用.CAE在汽车行业的运用九、焊装模拟分析 传统的机器人焊接途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，由工艺人员根据阅历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，记录下每次偏向位置，重新编程、设计直至满足消费要求。这不仅耗时、费力，同时对于多机器人加工的碰撞问 题无法处理。一旦涉及多机器人协同加工，那么往往在实验室中采用步进式逼近方法配合专家阅历加以

17、处理，以免发生碰撞，损坏设备。.CAE在汽车行业的运用 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途径进展离线规划，并经过仿真加工进展验证，到达指点实践消费的目的。 虚拟制造的根底是采用计算机支持的技术，运用数字建模和 仿真技术、虚拟现实技术等来模拟消费、加工和装配等过程，在计算机上将产品“制造出来，实现将工艺过程转为数字化操作，再由数字化操作指点实践消费。.CAE在汽车行业的运用 经过建立消费加工的仿真模型研讨制造活动，运用户在设计阶段可以了解产品未来制造过程，实现对消费系统性能有效的预测与评价。在仿真环境下的试运转，有利于进展多工艺方案比较

18、，更有利于多机器人焊接轨迹的选取与优化。.CAE在汽车行业的运用. CAE技术的开展方向与CAD软件的无缝集成 在用CAD软件完成构造设计后，自动生成有限元网格并进展计算，假设分析的结果不符合设计要求那么重新进展构造和计算，直到称心为止，从而极大地提高了设计程度和效率。. CAE技术的开展方向加强可视化的前置建模和后置数据处置功能 早期研讨重点在于推导新的高效率求解方法和高精度的单元。 随着数值分析方法的逐渐完善及计算机运算速度的飞速开展，整个计算系统用于求解运算的时间越来越少，而数据预备和运算结果的表现问题却日益突出。 因此，开发对用户友好的前置建模和后置数据处置模块对提高任务效率非常重要。. CAE技术的开展方向由求解线性问题开展到非线性问题 工程分析中涉及到的大变形、大位移、接触等，仅靠线性计算实际难以获得称心的结果，只需采用非线性数值算法才干处理。而非线性的数值计算比较复杂，涉及到很多专门的数学问题和运算技巧，很难为普通工程技术人员所掌握。 因此，需求开发高效的非线性求解器以及丰富和适用的非线性资料库。. CAE技术的开展方向从单纯的构造力学计算开展到求解许多物理场问题 数值模拟分析从构造化矩阵分析逐渐推行到板、壳和实体等延续体固膂力学分析，进而开展到流膂力学、温度场、电传导、磁场、渗流和声场等问题的求解计算，