汽车CAE工程分析

1、汽车CAAE工程分分析汽车公司司建立高高性能的的计算机机辅助工工程分析析系统，其专业业CAE队伍与与产品开开发同步步地广泛泛开展CAE应用，在指导导设计、提高质质量、降降低开发发成本和和缩短开开发周期期上发挥挥着日益益显著的的作用。CAE应用于于车身开开发上成成熟的方方面主要要有：刚刚度、强强度、NVH分析、机构运运动分析析等；而而车辆碰碰撞模拟拟分析、金属板板件冲压压成型模模拟分析析、疲劳劳分析和和空气动动力学分分析的精精度有进进一步提提高，已已投入实实际使用用，完全全可以用用于定性性分析和和改进设设计；虚虚拟试车车场整车车分析正正在着手手研究，此外还还有焊装装模拟分分析、喷喷涂模拟拟分析等

2、等。汽车车公司建建立高性性能的计计算机辅辅助工程程分析系系统，其其专业CAE队伍与与产品开开发同步步地广泛泛开展CAE应用，在指导导设计、提高质质量、降降低开发发成本和和缩短开开发周期期上发挥挥着日益益显著的的作用。CAE应用于于车身开开发上成成熟的方方面主要要有：刚刚度、强强度（应应用于整整车、大大小总成成与零部部件分析析，以实实现轻量量化设计计）、NVH分析（各种振振动、噪噪声，包包括摩擦擦噪声、风噪声声等）、机构运运动分析析等；而而车辆碰碰撞模拟拟分析、金属板板件冲压压成型模模拟分析析、疲劳劳分析和和空气动动力学分分析的精精度有进进一步提提高，已已投入实实际使用用，完全全可以用用于定性性

3、分析和和改进设设计，大大大减少少了这些些费用高高、周期期长的试试验次数数；虚拟拟试车场场整车分分析正在在着手研研究，此此外还有有焊装模模拟分析析、喷涂涂模拟分分析等。一、刚度度和强度度分析 有有限元法法在机械械结构强强度和刚刚度分析析方面因因具有较较高的计计算精度度而到普普遍采用用，特别别是在材材料应力力-应变的的线性范范围内更更是如此此。另外外，当考考虑机械械应力与与热应力力的偶合合时，像像ANSSYS、NASSTRAAN等大型型软件都都提供了了极为方方便的分分析手段段。（1）车架架和车身身的强度度和刚度度分析：车架和和车身是是汽车中中结构和和受力都都较复杂杂的部件件，对于于全承载载式的客客

4、车车身身更是如如此。车车架和车车身有限限元分析析的目的的在于提提高其承承载能力力和抗变变形能力力、减轻轻其自身身重量并并节省材材料。另另外，就就整个汽汽车而言，当车架架和车身身重量减减轻后，整车重重量也随随之降低低，从而而改善整整车的动动力性和和经济性性等性能能。（2）齿轮轮的弯曲曲应力和和接触应应力分析析：齿轮轮是汽车车发动机机和传动动系中普普遍采用用的传动动零件。通过对对齿轮齿齿根弯曲曲应力和和齿面接接触应力力的分析析，优化化齿轮结结构参数数，提高高齿轮的的承载载载力和使使用寿命命。（3）发动动机零件件的应力力分析：以发动动机的缸缸盖为例例，其工工作工程程中不仅仅受到气气缸内高高压气体体的

5、作用用，还会会产生复复杂的热热应力。缸盖开开裂事件件时有发发生。如如果仅采采用在开开裂处局局部加强强的办法法加以改改进，无无法从根根本上解解决问题题。有限限元法提提供了解解决这一一问题的的根本途途径。二、NVVH分析 近年年来，随随着人们们环保意意识的增增强，对对汽车提提出了更更高要求求。为此此，国际际汽车界界制定NVH标准，即噪音音(Nooisee)、振动(Viibraatioon)、平稳(Haarshhnesss)三项标标准，通通俗称为为乘坐轿轿车的“舒适感”。对NVH标准的的一项试试验表明明，用顾顾客较喜喜欢的轿轿车作试试验，在在用水泥泥铺得较较平坦的的公路上上，轿车车以时速速40公里的

6、的速度行行驶，如如将欧洲洲产轿车车的NVH以1000%作标准准，日本本轿车则则为75%，韩国国轿车为为50%。欧洲洲轿车悬悬架技术术较高，所以乘乘坐舒适适，日本本轿车设设计时将将人体工工程学考考虑在内内，对提高高乘坐舒舒适感有有很大帮帮助。三、机构构运动分分析 机构构运动分分析就是是根据原原动件的的已知运运动规律律，求该该机构其其他构件件上某些些点的位位移、轨轨迹、速速度和加加速度，以及这这些构件件的角位位移、角角速度和和角加速速度。通通过对机机构进行行位移或或轨迹的的分析，可以确确定某机机构件在在运动时时所需得得空间，判断当当机构运运动时各各构件之之间是否否会互相相干涉，确定机机构中从从动件

7、的的行程，考察构构件上某某一点能能否实现现预定的的位置或或轨迹要要求。通通过对机机构进行行速度分分析，可可以了解解从动件件的速度度变化规规律能否否满足工工作要求求，了解解机构的的受力情情况。通通过对机机构进行行加速度度分析，可以确确定各构构件及构构件上某些些点的加加速度，了解机机构加速速度的变变化规律律。机构构运动分分析的方方法很多多，主要要有图解解法和解解析法。四、车车辆碰撞撞模拟分分析 汽车车作为现现代化交交通工具具，在给给人们的的生活带带来便利利与乐趣趣的同时时，也因因其引起起的交通通事故给给人类的的生命和和财产带带来极大大的威胁胁和伤害害。因此此，汽车车的安全全性是汽汽车厂商商、消费费

8、者、政政府部门门高度关关注的问问题。汽汽车的安安全性可可划分为为主动安安全性和和被动安安全性。主动安安全性是是指汽车车能够识识别潜在在的危险险自动减减速，或或当突发发的因素素出现时时，能够够在驾驶驶员的操操纵下避避免发生生交通事事故的性性能；被被动安全全性是指指汽车发发生不可可避免的的交通事事故后，能够对车内内乘员或或行人进进行保护护，以免免发生伤伤害或使使伤害降降低到最最小程度度。交通通事故原原因的统统计分析析表明，以预防防事故发发生的主主动安全全性只能能避免5的事事故，因因此提高高汽车被被动安全全性日趋趋重要。五、金属属板冲压压成型模模拟分析析 由于冲冲压成型型材料利利用率高高，产品品质量

9、稳稳定，易易于实现现自动化化生产，故这一一工艺方方法在汽汽车生产产中得到到广泛应应用。在在传统的的冲压生生产过程程中，无无论是冲冲压工序序的制定定、工艺艺参数的的选取，还是冲冲压模具具的设计计、制造造，都要要经过多多次修改改才能确确定。这这种反复复的调试试过程造造成企业业人力、物力和和财力的的大量消消耗，导导致生产成本高高，生产产周期难难以保证证。 冲压压成型过过程数值值模拟技技术的出出现为改改变这种种传统模模式提供供了强有有力的工工具。通通过对冲冲压过程程模拟分分析得到到最佳模模具结构构和工艺艺条件，并能通通过对板板材冲压压过程数数值模拟拟，在计计算机上上观察到到模具结结构、冲冲压工艺艺条件

10、（如压边边力、冲冲压方向向、摩擦擦润滑等等）和材材料性能能参数（如皱曲曲、破裂裂）的影影响，还还可以提提供最佳佳钣料形形状、合合理的压压料面形形状、最最佳冲压压方向、以及分分析卸载载和切边边后的回回弹量，并补偿偿模具尺尺寸以得得到尺寸寸和形状状精度良良好的冲冲压件。该技术术使试模模时间大大大缩短短，从而而减少制制模成本本。六、疲劳劳分析 传统的的疲劳技技术由许许多经验验公式组组成。这这些经验验公式根根据一些些理论框框架，从从材料、零件或或结构的的疲劳试试验数据据中拟合合而成。验证产产品的疲疲劳性能能一般需需要进行行疲劳试试验。疲疲劳分析析依赖于于准确的的试验数数据，同同时也需需要得到到试验验验

11、证。过过去，常常规设计计定型样样机疲劳劳试验需需要几年年甚至更更多时间间来发现现设计失失误、修修改设计计。现代代疲劳寿寿命设计计技术是是以电子子技术（数字信信息）和和计算机机技术（数字仿仿真）结结合进入入机械设设计领域域，将机机械强度度寿命由由定性设设计提高高到定量量设计。它立足足于随机机、动态态，整个个受载过过程的每每一实时时信号都都参与设设计，而而不仅仅仅是一个个最大值值。现代代疲劳试试验技术术只需在在计算机上上用仿真真技术，用载荷荷谱模拟拟和加载载，预测测寿命和和反馈优优化。这这可把试试验时间间压缩到到原来的的十分之之一、百百分之一一，大大大降低了了开发成成本，缩缩短了开开发周期期。 根

12、据据疲劳理理论，疲疲劳破坏坏主要由由循环载载荷引起起。从理理论上说说，如果果汽车的的输入载载荷相同同，那么么所引起起的疲劳劳破坏也也应该一一样。因因此，可可以在试试车场上上按一定定的比例例混合各各种路面面及各种种事件（如开门门、关门门、刹车车等），重现这这一载荷荷输入。这一载载荷重现现通常可可能在较较短的时时间里完完成，因因此，可可以达到到试验加加速的目目的。七、空气气动力学学分析 汽汽车空气气动力学学主要是是应用流流体力学学的知识识，研究究汽车行行驶时，即与空空气产生生相对运运动时，汽车周周围的空空气流动动情况和和空气对对汽车的的作用力力（称为为空气动动力），以及汽汽车的各各种外部部形状对对

13、空气流流动和空空气动力力的影响响。此外外，空气气对汽车车的作用用还表现现在汽车车发动机机的冷却却、车厢厢里的通通风换气气、车身身外表面面的清洁洁、气流流噪声、车身表表面覆盖盖件的振振动、甚甚至刮水水器的性性能等方方面的影影响。 为为了减少少空气阻阻力系数数，现代代轿车的的外形一一般用园园滑流畅畅的曲线线去消隐隐车身上上的转折折线。前前围与侧侧围、前前围、侧侧围与发发动机罩罩，后围围与侧围围等地方方均采用用园滑过过渡，发发动机罩罩向前下下倾，车车尾后箱箱盖短而而高翘，后冀子子板向后后收缩，挡风玻玻璃采用大大曲面玻玻璃，且且与车顶顶园滑过过渡，前前风窗与与水平面面的夹角角一般在在25度33度之间间

14、，侧窗窗与车身身相平，前后灯灯具、门门手把嵌嵌入车体体内，车车身表面面尽量光光洁平滑滑，车底底用平整整的盖板板盖住，降低整整车高度度等等，这些措措施有助助于减少少空气阻阻力系数数。八、虚拟拟试车场场整车分分析 CCAE技术的的飞速发发展、软软硬件功功能的大大幅度提提高使得得整车系系统仿真真已经成成为可能能。美国国工程技技术合作作公司（ETA）在ANSSYS/LS-DYAAN软件平平台上二二次开发发推出的的虚拟试试验场技技术（virrtuaal pprovvingg grrounnd, VPGG）就是是一个对对整车系系统性能能全面仿真实实用软件件的代表表。VPG技术是是汽车CAE技术领领域中一一

15、个很有有代表性性的进展展。 VVPG是在ANSYYS/LLS-DDYANN软件平平台上二二次开发发推出的的，以整整车系统统为分析析对象，考虑系系统各类类非线性性，以标标准路面面和车速速为负荷荷，对整整车系统统同时进进行结构构疲劳、权频率率振动噪噪声分析析和数据据处理、以及碰碰撞历程程仿真，达到在在产品设设计前期期即可得得到样车车道路实实验结果果的“整车性性能预测测”效果的的计算机机仿真技技术。九、焊装装模拟分分析 机器器人在车车身焊装装工位上上的大量量应用提提高了车车身的焊焊接质量量，缩短短了生产产加工时时间。但但如何能能够快速速而准确确地完成成全部焊焊点的加加工，即即如何规规划机器器人焊接接

16、路径问问题，是是目前汽汽车制造造企业迫迫切需要要解决的的问题。 传统的的机器人人焊接路路径规划划方法是是根据设设计人员员提供的的工位上上的焊点点数量和和焊接顺顺序，由由工艺人人员根据据经验或或类似工工艺离线线编制机机器人加加工程序序，设计计加工工工艺。所所编写的的程序输输入到相相应设备备中，在在实验室室里预操操作，记记录下每每次偏差差位置，重新编编程、设设计直至至满足生生产要求求。这不不仅耗时时、费力力，同时时对于多多机器人人加工的的碰撞问问题无法法解决。一旦涉涉及多机机器人协协同加工工，则往往往在实实验室中中采用步步进式逼逼近方法法配合专专家经验验加以解解决，以以免发生生碰撞，损坏设设备。 为此，现代车车身焊装装模拟分分析结合合虚拟制制造技术术，在仿仿真环境境下，运运用相应应的优化化算法对对车身焊焊装工位位的机器器人加工工路径进进行离线线规划，并通过过仿真加加工进行行验证，从而达达到指导导实际生生产的目目的。