汽車cae分析概述

1、汽車公司建立高性能的計(jì)算機(jī)輔助工程分析系統(tǒng)，其專業(yè)CAE隊(duì)伍與產(chǎn)品開發(fā)同步地廣泛開展CAE應(yīng)用，在指導(dǎo)設(shè)計(jì)、提高質(zhì)量、降低開發(fā)成本和縮短開發(fā)周期上發(fā)揮著日益顯著的作用。CAE應(yīng)用于車身開發(fā)上成熟的方面主要有：剛度、強(qiáng)度（應(yīng)用于整車、大小總成與零部件分析，以實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)）、NVH分析（各種振動(dòng)、噪聲，包括摩擦噪聲、風(fēng)噪聲等）、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析等；而車輛碰撞模擬分析、金屬板件沖壓成型模擬分析、疲勞分析和空氣動(dòng)力學(xué)分析的精度有進(jìn)一步提高，已投入

2、實(shí)際使用，完全可以用于定性分析和改進(jìn)設(shè)計(jì)，大大減少了這些費(fèi)用高、周期長的試驗(yàn)次數(shù)；虛擬試車場整車分析正在著手研究，此外還有焊裝模擬分析、噴涂模擬分析等。一、剛度和強(qiáng)度分析有限元法在機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析方面因具有較高的計(jì)算精度而到普遍采用，特別是在材料應(yīng)力應(yīng)變的線性范圍內(nèi)更是如此。另外，當(dāng)考慮機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力的偶合時(shí)，像ANSYS、NASTRAN等大型軟件都提供了極為方便的分析手段。（1）車架和車身的強(qiáng)度和剛度分析：車架和車身是汽車中結(jié)

3、構(gòu)和受力都較復(fù)雜的部件，對(duì)于全承載式的客車車身更是如此。車架和車身有限元分析的目的在于提高其承載能力和抗變形能力、減輕其自身重量并節(jié)省材料。另外，就整個(gè)汽車而言，當(dāng)車架和車身重量減輕后，整車重量也隨之降低，從而改善整車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性等性能。（2）齒輪的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力分析：齒輪是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系中普遍采用的傳動(dòng)零件。通過對(duì)齒輪齒根彎曲應(yīng)力和齒面接觸應(yīng)力的分析，優(yōu)化齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高齒輪的承載載力和使用壽命。（3）發(fā)動(dòng)機(jī)零件的應(yīng)力分

4、析：以發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋為例，其工作工程中不僅受到氣缸內(nèi)高壓氣體的作用，還會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的熱應(yīng)力。缸蓋開裂事件時(shí)有發(fā)生。如果僅采用在開裂處局部加強(qiáng)的辦法加以改進(jìn)，無法從根本上解決問題。有限元法提供了解決這一問題的根本途徑。二、NVH分析近年來，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，對(duì)汽車提出了更高要求。為此，國際汽車界制定NVH標(biāo)準(zhǔn)，即噪音(Noise)、振動(dòng)(Vibration)、平穩(wěn)(Harshness)三項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，通俗稱為乘坐轎車的“舒適感”。對(duì)NVH標(biāo)準(zhǔn)

5、的一項(xiàng)試驗(yàn)表明，用顧客較喜歡的轎車作試驗(yàn)，在用水泥鋪得較平坦的公路上，轎車以時(shí)速40公里的速度行駛，如將歐洲產(chǎn)轎車的NVH以100%作標(biāo)準(zhǔn)，日本轎車則為75%，韓國轎車為50%。歐洲轎車懸架技術(shù)較高，所以乘坐舒適，日本轎車設(shè)計(jì)時(shí)將人體工程學(xué)考慮在內(nèi)，對(duì)提高乘坐舒適感有很大幫助。三、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析加載，預(yù)測壽命和反饋優(yōu)化。這可把試驗(yàn)時(shí)間壓縮到原來的十分之一、百分之一，大大降低了開發(fā)成本，縮短了開發(fā)周期。根據(jù)疲勞理論，疲勞破壞主要由循環(huán)載荷引

6、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(yīng)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(guān)門、剎車等），重現(xiàn)這一載荷輸入。這一載荷重現(xiàn)通?？赡茉谳^短的時(shí)間里完成，因此，可以達(dá)到試驗(yàn)加速的目的。七、空氣動(dòng)力學(xué)分析汽車空氣動(dòng)力學(xué)主要是應(yīng)用流體力學(xué)的知識(shí)，研究汽車行駛時(shí)，即與空氣產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽車周圍的空氣流動(dòng)情況和空氣對(duì)汽車的作用力（稱為空氣動(dòng)力），以及汽車的各種外部形狀對(duì)空氣流動(dòng)和空氣動(dòng)力

7、的影響。此外，空氣對(duì)汽車的作用還表現(xiàn)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻、車廂里的通風(fēng)換氣、車身外表面的清潔、氣流噪聲、車身表面覆蓋件的振動(dòng)、甚至刮水器的性能等方面的影響。為了減少空氣阻力系數(shù)，現(xiàn)代轎車的外形一般用園滑流暢的曲線去消隱車身上的轉(zhuǎn)折線。前圍與側(cè)圍、前圍、側(cè)圍與發(fā)動(dòng)機(jī)罩，后圍與側(cè)圍等地方均采用園滑過渡，發(fā)動(dòng)機(jī)罩向前下傾，車尾后箱蓋短而高翹，后冀子板向后收縮，擋風(fēng)玻璃采用大曲面玻璃，且與車頂園滑過渡，前風(fēng)窗與水平面的夾角一般在25度－33度之間

8、，側(cè)窗與車身相平，前后燈具、門手把嵌入車體內(nèi)，車身表面盡量光潔平滑，車底用平整的蓋板蓋住，降低整車高度等等，這些措施有助于減少空氣阻力系數(shù)。八、虛擬試車場整車分析CAE技術(shù)的飛速發(fā)展、軟硬件功能的大幅度提高使得整車系統(tǒng)仿真已經(jīng)成為可能。美國工程技術(shù)合作公司（ETA）在ANSYSLSDYAN軟件平臺(tái)上二次開發(fā)推出的虛擬試驗(yàn)場技術(shù)（virtualprovinggroundVPG）就是一個(gè)對(duì)整車系統(tǒng)性能全面仿真實(shí)用軟件的代表。VPG技術(shù)是汽車

9、CAE技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)很有代表性的進(jìn)展。VPG是在NASYSLSDYAN軟件平臺(tái)上二次開發(fā)推出的，以整車系統(tǒng)為分析對(duì)象，考慮系統(tǒng)各類非線性，以標(biāo)準(zhǔn)路面和車速為負(fù)荷，對(duì)整車系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞、權(quán)頻率振動(dòng)噪聲分析和數(shù)據(jù)處理、以及碰撞歷程仿真，達(dá)到在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期即可得到樣車道路實(shí)驗(yàn)結(jié)果的“整車性能預(yù)測”效果的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。九、焊裝模擬分析機(jī)器人在車身焊裝工位上的大量應(yīng)用提高了車身的焊接質(zhì)量，縮短了生產(chǎn)加工時(shí)間。但如何能夠快速而準(zhǔn)確地完成全部