搜索干貨 | 汽車CAE經典案例詳細分析（收藏精華版）
2017-07-31 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
CAE技術在汽車行業的應用從最初的線彈性部件分析到汽車結構中大量的非線性問題分析,到現在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等,CAE分析幾乎涵蓋了汽車性能的所有方面。今天車界來為大家盤點一下CAE技術應用于汽車行業的方向和領域。
剛度和強度分析
1.車架和車身的強度和剛度分析
車架和車身是汽車結構中最為復雜的受力部件,其強度和剛度分析對整個汽車的承載能力和抗變形能力至關重要。此外,基于強度和剛度分析的車架和車身結構優化對整車的輕量化從而提高經濟性和動力性也有很大作用。
2.齒輪的彎曲應力和接觸應力分析
通過對齒輪齒根彎曲應力和齒面接觸應力的分析,優化齒輪結構參數,提高齒輪的承載載力和使用壽命。
3.發動機零件的應力分析
發動機零件在工作過程中受到氣缸內氣體的高壓力和熱應力,通過有限元分析找出應力集中的危險部位加以改進則可以預防事故發生。
NVH分析
噪音(Noise)、振動(Vibration)、平穩(Harshness) 三項標準,通俗稱為乘坐 “舒適感”。
隨著收入水平的提高,消費者越來越看重汽車產品的舒適性即NVH性能,因此汽車開發中也必不可少的要進行NVH分析,主要包括動力系統NVH、車身NVH、 底盤NVH三大部分。而汽車NVH分析則涉及到汽車在各級頻率的模態分析,不同路面工況激勵下的汽車振型,還有風噪、發動機噪聲、輪胎噪聲等聲學研究,這 些都離不開CAE仿真分析。
機構運動分析
機構運動分析就是根據原動件的已知運動規律,求該機構其他構件上某些點的位移、軌跡、速度和加速度,以及這些構件的角位移、角速度和角加速度。
通過對機構進行速度分析,了解從動件的速度變化規律能否滿足工作要求,了解機構的受力情況。
通過對機構進行加速度分析,確定各構件及構件上某些點的加速度,了解機構加速度的變化規律。
機構運動分析的方法很多,主要有圖解法和解析法。
車輛碰撞模擬分析
汽車安全性分為主動安全性和被動安全性。
主動安全性是指汽車能夠識別潛在的危險自動減速,或當突發的因素出 現時,能夠在駕駛員的操縱下避免發生交通事故的性能。
被動安全性是指汽車發生不可避免的交通事故后,能夠對車內乘員或行人進行保護,以免發生傷害或使傷害 降低到最小程度。
作為最常用的交通工具,汽車的安全性能是汽車廠商和消費者雙方都高度關注的問題,政府相關部門也為此制定了一系列評價標準,所以在汽車結構的剛度和強度分 析之后,還必須通過CAE工具進行碰撞仿真分析對汽車安全性加以驗證。在汽車安全性設計中需要執行包括不同的碰撞方向、不同的碰撞速度、不同的重量、不同 的假人及坐姿等碰撞分析,通過分析結果來對汽車結構設計進行相應的優化。
金屬板沖壓成型模擬分析
沖壓成型材料利用率高,產品質量穩定,易于實現自動化生產-廣泛應用。
在傳統的沖壓生產過程中,無論是沖壓工序的制 定、工藝參數的選取,還是沖壓模具的設計、制造,都要經過多次修改才能確定-導致生產成本高,生產周期難以保證。
沖壓成型過程數值模擬技術通過對板材沖壓過程數值 模擬,在計算機上觀察到模具結構、沖壓工藝條件(如壓邊力、沖壓方向、摩擦潤滑等)和材料性能參數(如皺曲、破裂)的影響,提供最佳鈑料形狀、合理的壓料 面形狀、最佳沖壓方向、以及分析卸載和切邊后的回彈量,并補償模具尺寸以得到尺寸和形狀精度良好的沖壓件。該技術使試模時間大大縮短,從而減少制模成本。
疲勞分析
常規設計定型樣機疲勞試驗需要幾年甚至更多時間來發現設計失誤、修改設計。
現代疲勞試驗技術只需在計算機上用仿真技術,用載荷譜模擬和加載,預測壽命和反饋優化。這可把試驗時間壓縮到原來的十分之一、百分之一,大大降低了開發成本,縮短了開發周期。
根據疲勞理論,疲勞破壞主要由循環載荷引起。從理論上說,如果汽車的輸入載荷相同,那么所引起的疲勞破壞也應該一樣。因此,可以在試車場上按一定的比例混 合各種路面及各種事件(如開門、關門、剎車等),重現這一載荷輸入。這一載荷重現通常可能在較短的時間里完成,因此,可以達到試驗加速的目的。
空氣動力學分析
汽車空氣動力學主要是應用流體力學的知識, 研究汽車行駛時,即與空氣產生相對運動時,汽車周圍的空氣流動情況和空氣對汽車的作用力(稱為空氣動力),以及汽車的各種外部形狀對空氣流動和空氣動力的 影響。此外,空氣對汽車的作用還表現在汽車發動機的冷卻、車廂里的通風換氣、車身外表面的清潔、氣流噪聲、車身表面覆蓋件的振動、甚至刮水器的性能等方面 的影響。
虛擬試車場整車分析
CAE 技術的飛速發展、軟硬件功能的大幅度提高使得整車系統仿真已經成為可能。美國工程技術合作公司(ETA)在ANSYS/LS-DYAN軟件平臺上二次開發 推出的虛擬試驗場技術(virtual proving ground, VPG)就是一個對整車系統性能全面仿真實用軟件的代表。VPG技術是汽車CAE技術領域中一個很有代表性的進展。
VPG 是在ANSYS/LS-DYAN軟件平臺上二次開發推出的,以整車系統為分析對象,考慮系統各類非線性,以標準路面和車速為負荷,對整車系統同時進行結構 疲勞、權頻率振動噪聲分析和數據處理、以及碰撞歷程仿真,達到在產品設計前期即可得到樣車道路實驗結果的“整車性能預測”效果的計算機仿真技術。
焊裝模擬分析
傳統的機器人焊接路徑規劃方法是根據設計人員提供的工位上的焊點數量和焊接順序,由工藝人員根據經驗或類似工藝離線編制機器人加工程序,設計加工工藝。所編 寫的程序輸入到相應設備中,在實驗室里預操作,記錄下每次偏差位置,重新編程、設計直至滿足生產要求。這不僅耗時、費力,同時對于多機器人加工的碰撞問 題無法解決。一旦涉及多機器人協同加工,則往往在實驗室中采用步進式逼近方法配合專家經驗加以解決,以免發生碰撞,損壞設備。
車身焊裝模擬分析結合虛擬制造技術,在仿真環境下,運用相應的優化算法對車身焊裝工位的機器人加工路徑進行離線規劃,并通過仿真加工進行驗證,達到指導實際生產的目的。
虛擬制造的基礎是采用計算機支持的技術,應用數字建模和 仿真技術、虛擬現實技術等來模擬生產、加工和裝配等過程,在計算機上將產品“制造”出來,實現將工藝過程轉為數字化操作,再由數字化操作指導實際生產。
通過建立生產加工的仿真模型研究制造活動,使用戶在設計階段能夠了解產品未來制造過程,實現對生產系統性能有效的預測與評價。在仿真環境下的試運行,有利于進行多工藝方案比較,更有利于多機器人焊接軌跡的選取與優化。
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