虛擬樣機(jī)在汽車復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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虛擬樣機(jī)在汽車復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

美國(guó)出臺(tái)新的法規(guī)迫使汽車制造商尋求增加汽車?yán)m(xù)駛里程、提高燃油經(jīng)濟(jì)性的方法。該法規(guī)要求在2016年汽車平均燃油經(jīng)濟(jì)性需要達(dá)到8.0L/100km，與現(xiàn)在的11.1L/100km相比，這是一個(gè)很大的飛躍。提高燃油效率、使用替代燃料和輕量化成為了實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的首要選擇。由于前兩項(xiàng)措施僅能在有限的范圍內(nèi)進(jìn)行改善，要實(shí)現(xiàn)50%燃油經(jīng)濟(jì)性的提高是不可能的，因此輕量化成為了最具可行性的措施。目前各汽車制造商開始將復(fù)合材料應(yīng)用在汽車行業(yè)中，但復(fù)合材料的制造生產(chǎn)成本較高，因此借助虛擬樣機(jī)技術(shù)可以在產(chǎn)品生產(chǎn)早期對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估，以減少對(duì)組件原型的制造和測(cè)試，降低成本。基于虛擬樣機(jī)對(duì)復(fù)合材料制造的車門進(jìn)行了分析，介紹了虛擬樣機(jī)在汽車復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

在汽車行業(yè)中，應(yīng)用復(fù)合材料面臨分析和制造兩大挑戰(zhàn)。一方面，復(fù)合材料組件原型的制造是一個(gè)緩慢的過程；另一方面，與復(fù)合材料組件設(shè)計(jì)相關(guān)的變量較多，使得建立的組件原型不可能完全反映出這些變量變化產(chǎn)生的影響。因此，可以采用虛擬樣機(jī)技術(shù)。在利用虛擬樣機(jī)技術(shù)時(shí)，首先需要對(duì)復(fù)合材料特性進(jìn)行定義，在模擬層狀復(fù)合材料時(shí)需要定義其各個(gè)方向的剛度。利用ANSYS軟件的ACP模塊對(duì)使用傳統(tǒng)材料和復(fù)合材料制造的車門進(jìn)行模態(tài)分析、車門下沉量分析和氣動(dòng)特性分析。其中，模態(tài)分析用來確定車門的振動(dòng)特性；車門下沉量分析用來確定車門的下沉阻力；氣動(dòng)特性分析用來確定汽車高速行駛時(shí)車門可承受的氣動(dòng)特性在車門處產(chǎn)生的內(nèi)外壓力差。分析結(jié)果顯示，與傳統(tǒng)材料制成的車門相比，由于復(fù)合材料車門質(zhì)量減輕，因此其下沉量明顯減少，但由于內(nèi)外壓力差引起的車門凹陷增加而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要提高其強(qiáng)度。

Gunjan Verma et al. SAE 2014-28-0031.

編譯：王祥