CAE技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、CAE 技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用摘要：汽車設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜、系統(tǒng)、技術(shù)含量高的工作，工序繁多，內(nèi) 容繁雜，任何一個(gè)環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)影響汽車的設(shè)計(jì)效果。而 CAE 技術(shù)的日趨 成熟和廣泛應(yīng)用，不僅大大降低了汽車設(shè)計(jì)的難度，而且還能有效節(jié)約成本，縮 短設(shè)計(jì)周期。在汽車設(shè)計(jì)階段進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析，平順性和操縱穩(wěn)定性仿真模 擬，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問題和缺陷，通過對(duì)缺陷和問題的改進(jìn)，降低了設(shè) 變的風(fēng)險(xiǎn)以及由此造成的經(jīng)濟(jì)成本，縮短了汽車制造和試驗(yàn)的時(shí)間。因此，將 CAE 技術(shù)科學(xué)合理的應(yīng)用到汽車設(shè)計(jì)中，幫助企業(yè)獲得更多效益，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā) 展。關(guān)鍵詞：CAE技術(shù)；汽車設(shè)計(jì)；應(yīng)用汽車設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作

2、，零件多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在整車研發(fā)過程中，涉及 到流體、結(jié)構(gòu)、溫度、電磁、NVH及車輛動(dòng)力學(xué)等多方面知識(shí)?，F(xiàn)代化汽車設(shè)計(jì) 必須顛覆傳統(tǒng)的技術(shù)方法。CAE技術(shù)具有很強(qiáng)的先進(jìn)性、仿真性，應(yīng)用在汽車設(shè) 計(jì)中，可大幅度提升汽車研發(fā)設(shè)計(jì)的能力，指導(dǎo)新產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)與性能，達(dá)到降本增效的目的，從而提升汽車生產(chǎn)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。1CAE 技術(shù)的定義CAE(Compu terAidedEngineering)指的是計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)，是計(jì)算機(jī)技 術(shù)和工程分析技術(shù)相互結(jié)合的一種新型技術(shù)，CAE技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)理論為有限元 法和數(shù)值分析法。有限元法的基礎(chǔ)思想是將一個(gè)具有連續(xù)求解特性的區(qū)域，離散 成一組，

3、并按照相應(yīng)方式方法，連結(jié)到一起的單元組合體。但單元自身形態(tài)變化 多端，甚至可以模擬幾何形態(tài)復(fù)雜的求解區(qū)域。而數(shù)值分析法則是一種專門研究 適用于計(jì)算機(jī)上使用的實(shí)際可行、理論可靠、計(jì)算復(fù)雜的數(shù)值計(jì)算機(jī)方法，經(jīng)過 多年的演變和完善，數(shù)值分析已經(jīng)發(fā)展為一門獨(dú)立的學(xué)科。CAE 技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)包括：有限元技術(shù)、虛擬樣機(jī)運(yùn)動(dòng)技術(shù)、動(dòng)力學(xué)仿 真技術(shù)等，主要機(jī)理是通過計(jì)算機(jī)來一些產(chǎn)品和工程的性能、質(zhì)量、可靠性、安 全性等進(jìn)行分析，并對(duì)未來的工作狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)行為等在計(jì)算機(jī)軟件上進(jìn)行模擬， 從而提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷的，同時(shí)證明工程和產(chǎn)品在未來使用中可行性和可靠性。 CAE 技術(shù)結(jié)構(gòu)組成非常復(fù)雜，涉及到的內(nèi)容繁多，包括

4、：有限元、數(shù)值分析、優(yōu) 化設(shè)計(jì)、圖像處理、工程管理、人工智能等，具有很強(qiáng)的先進(jìn)性、綜合性，目前 市面上應(yīng)用最廣泛的CAE技術(shù)包括：Nastran、Ansys、Abqus、Algor、Marc、 Strand7 等。2CAE 技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的重要性CAE 技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到汽車產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與研發(fā)過程中，在汽車產(chǎn)品的 整體振動(dòng)、疲勞、零部件強(qiáng)度以及整車的操作穩(wěn)定性等方面測(cè)試作出了極大的貢 獻(xiàn)。相比較傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)研發(fā)方法來說，在汽車設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用 CAE 技術(shù)以后 汽車的整體設(shè)計(jì)質(zhì)量與性能均可以得到有效的提升。因此在如今的汽車設(shè)計(jì)研發(fā) 過程中，CAE的重要性也越發(fā)被凸顯，以下為在汽車設(shè)計(jì)過程中

5、應(yīng)用CAE的實(shí)際 作用。降低研發(fā)成本由于汽車自身的復(fù)雜性，在進(jìn)行實(shí)際汽車設(shè)計(jì)的過程中設(shè)計(jì)人員不僅需要對(duì) 汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、未來的使用環(huán)境以及批量生產(chǎn)可能會(huì)存在的問題進(jìn)行考慮，因 此在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，整個(gè)汽車的設(shè)計(jì)制造過程都會(huì)長時(shí)間在方案設(shè)計(jì)、樣車制 造、樣車測(cè)試、問題改進(jìn)幾個(gè)步驟之中進(jìn)行重復(fù)循環(huán)。不過在汽車設(shè)計(jì)過程中應(yīng) 用了 CAE 技術(shù)以后，樣車制造與測(cè)試過程均可以通過 CAE 技術(shù)中的仿真技術(shù)進(jìn)行 從而還能夠極大的縮短研發(fā)流程，減少研發(fā)時(shí)長，進(jìn)一步降低研發(fā)成本。降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)相比較傳統(tǒng)的汽車設(shè)計(jì)方法來說，CAE技術(shù)可以在進(jìn)行測(cè)試前預(yù)先對(duì)整個(gè)設(shè) 計(jì)方案的結(jié)構(gòu)合理性與性能效果進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè)，并對(duì)設(shè)計(jì)

6、中不合理的位置進(jìn)行優(yōu) 化，這樣不僅可以有效的提升設(shè)計(jì)方案中其次的穩(wěn)定性，令整車的可操作性得到 提升，還可以降低設(shè)計(jì)研發(fā)過程中可能會(huì)遇到的風(fēng)險(xiǎn)因素，因此CAE技術(shù)對(duì)于如 今的汽車設(shè)計(jì)研究有著非常重要的作用。3CAE 技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展， CAE 技術(shù)愈發(fā)先進(jìn)，被廣泛應(yīng)用在各大工業(yè)領(lǐng)域， 汽車生產(chǎn)行業(yè)普遍引入 CAE 技術(shù)并貫穿于整車開發(fā)的概念、工程化、試驗(yàn)驗(yàn)證等 各個(gè)階段，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，我國很多汽車生產(chǎn)廠家，都比較認(rèn)可 CAE 技術(shù)對(duì)汽車設(shè)計(jì)分析的準(zhǔn)確 性和可靠性。第二，聯(lián)合使用 CAE 技術(shù)和 CAD 技術(shù)，可構(gòu)件汽車設(shè)計(jì)和分析一體化，大大 提升汽

7、車設(shè)計(jì)效率，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期，提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。第三，在整車的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證改進(jìn)過程中，CAE始終處于核心地位。第四，在汽車領(lǐng)域CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍仍然在不斷擴(kuò)大。比如應(yīng)用的對(duì)象從 最開始的零部件級(jí)擴(kuò)展至整車級(jí)、從靜力學(xué)至動(dòng)力學(xué)，從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析優(yōu)化到流 體、熱管理及電磁兼容仿真等。4CAE 技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用4.1汽車的結(jié)構(gòu)、疲勞性以及NVH進(jìn)行分析對(duì)于汽車設(shè)計(jì)來說，汽車的結(jié)構(gòu)、疲勞性以及NVH都是決定汽車穩(wěn)定性與實(shí) 際質(zhì)量的關(guān)鍵性內(nèi)容。在該分析工作過程中，CAE的主要作用是利用仿真技術(shù)對(duì) 汽車的結(jié)構(gòu)、疲勞型以及 NVH 進(jìn)行分析驗(yàn)證，從而確定汽車的實(shí)際質(zhì)量與穩(wěn)定性 例如在進(jìn)行汽車的NVH

8、仿真測(cè)試過程中，設(shè)計(jì)人員會(huì)先根據(jù)汽車的實(shí)際設(shè)計(jì)內(nèi)容 在CAE中搭建汽車面型，然后通過TB模態(tài)仿真對(duì)帶內(nèi)飾的車身固有頻率與振型 進(jìn)行考察驗(yàn)證，最后設(shè)計(jì)人員根據(jù) CAE 技術(shù)所提供的理論參考依據(jù)對(duì)汽車設(shè)計(jì)中 所存在的問題進(jìn)行發(fā)現(xiàn)與解決，抑制車身的各種噪聲抖動(dòng)問題，提高汽車的舒適 性。汽車安全性能分析隨著如今汽車的普及率越來越高，人們對(duì)于汽車的安全性的關(guān)注度也在日益 提升。為了能夠最大限度的保障汽車內(nèi)部乘客的生命安全，汽車設(shè)計(jì)人員需要在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行汽車的碰撞與防碰撞性能的試驗(yàn)。在傳統(tǒng)汽車設(shè)計(jì)方法中，設(shè)計(jì) 人員在完成了設(shè)計(jì)方案以后，需要制造樣車進(jìn)行實(shí)際碰撞試驗(yàn)，從而驗(yàn)證汽車的安全性能效果。而當(dāng) CA

9、E 技術(shù)應(yīng)用到汽車設(shè)計(jì)過程中以后，設(shè)計(jì)人員 便可以實(shí)現(xiàn)通過仿真技術(shù)對(duì)汽車的各種碰撞情況進(jìn)行模擬，從而完成汽車設(shè)計(jì)過 程中所需要的碰撞試驗(yàn)，驗(yàn)證碰撞后汽車的變形情況，不再需要進(jìn)行樣車實(shí)際碰 撞試驗(yàn)，因此極大的降低了汽車設(shè)計(jì)研發(fā)過程中的成本與風(fēng)險(xiǎn)。汽車多體動(dòng)力學(xué)分析多體動(dòng)力學(xué)也是關(guān)系到汽車性能的關(guān)鍵要素，在進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)研發(fā)過程中， 設(shè)計(jì)人員同樣需要對(duì)該種要素進(jìn)行全方位的測(cè)試改進(jìn)工作。在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 CAE 技術(shù)以后，設(shè)計(jì)人員可以通過多體動(dòng)力學(xué)分析軟件將設(shè)計(jì)樣車分解成為多個(gè) 子模塊進(jìn)行分析建模驗(yàn)證工作，并在驗(yàn)證過程中使用振動(dòng)模態(tài)綜合方法，建立起 部分柔性體動(dòng)力學(xué)模型，從而設(shè)計(jì)人員所設(shè)計(jì)的樣車進(jìn)行全方位的動(dòng)力學(xué)驗(yàn)證分 析，以此來實(shí)現(xiàn)降低設(shè)計(jì)研發(fā)成本的同時(shí)，提升汽車性能與質(zhì)量的目的，從而為 消費(fèi)者提供更加舒適安全的汽車產(chǎn)品。5 總結(jié)綜上所述，在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的背景下，人民生活水平不斷提升，對(duì) 汽車的舒適性、安全性等提出了更高要求。目前在汽車設(shè)計(jì)中常用的技術(shù)是 CAE 技術(shù)，尤其是在汽車零部件和整車設(shè)計(jì)中，具有無法替代的作用。通過CAE技術(shù) 來分析產(chǎn)品的可靠性和性能，從而找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在的問題并得到及時(shí)解決，進(jìn) 而提升汽車設(shè)計(jì)質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：胡桂川，劉敬花基于CAE分析的機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)J.機(jī)械設(shè)計(jì)與研究,2011，27(3)：73-76.鄭金虎.基于虛擬樣機(jī)技