CAE技術在汽車產品設計制造中的運用分析

摘要：伴隨我國汽車制造業的進一步發展，汽車產品質量成為了現階段民眾關心的主要問題，為了可以更好的保證汽車產品生產效率，引入了有限元分析技術。基于此，本文從汽車產品制造角度出發，對CAE技術的概念進行了分析，研究了該技術在汽車生產中的應用。希望可以通過以上論述，促進我國汽車制造業進一步發展。

關鍵詞：CAE技術;車身覆蓋件;結構強度

引言：

隨著汽車制造技術的完善，CAE技術在汽車產品生產過程中，發揮著重要作用，不僅能夠完善車身結構、優化零件設計，還可以應用模擬分析法以及動力仿真學，發現設計、生產過程中的錯誤和缺陷問題，及時進行優化和補救。因此，對CAE技術在汽車產品設計制造中的運用分析有著鮮明的現實意義。

1 CAE概述

CAE是一種計算機輔助工程，可以實現復雜產品和工程的結構分析，并且通過分析對結構進行優化。從微觀角度講，CAE的關鍵應該是信息集成，并且讓信息集成貫穿產品生產制造的整個生命周期。應用CAE對產品進行分析，通常情況下可以分為三個階段：第一，前期處理。這個階段將會應用CAE技術對相關產品進行實體建模，涉及到構件的布爾運算、節點自動編號以及公式參數化導入等內容。第二，有限元分析。包含有限單元庫以及材料庫、約束處理算法，有限元系統組裝模塊，靜力、振動、線性與非線性解法庫。對于大型通用體的物理、力學和數學特征，可以將其分解成若干個子問題，由不同的有限元分析子系統完成。第三，后期處理。根據生產的具體需求，對有限元分析出的數據結果進行加工以及檢測，并以圖像的形式呈現。

2 CAE技術在汽車產品設計制造中的應用

2.1汽車結構強度分析

對于汽車而言，本身結構強度將會直接影響汽車整體安全性，因此CAE技術在這方面的應用較為廣泛。結構強度的分析往往應用有限元分析方法進行，通過此種方法對汽車的結構強度進行合理計算，獲得產品各個部位的強度值[1]。但是，汽車內部包含的零件以及各個組成部分眾多，所以有限元分析方法會對產品的主要部分著重分析，例如車架以及懸架等結構。最為常見的有限元分析方法有：靜力分析、瞬態分析以及特征值分析：

在靜力分析過程中，將會得出汽車結構的應力數值以及應力位移分布情況，通過對數據進行比較，可以分析出產品哪個部位在工作荷載下不具備安全性，結構中應力集中點的位置，哪些部位強度不夠，為結構改進設計提供理論基礎。

特征值分析方法在應用過程中，會對產品各個部位特征進行分析，并計算出固有頻率以及振型。工作人員通過對二者的分析，尋找出引起共振的部位和原因，并通過優化原有結構設計，避免共振的發生。

瞬態分析方法可以檢測出，汽車產品在相應荷載動力下的應力以及位移等數據。例如，汽車在經過一個凹凸不平的路面時，各部位應力與位移都將會發生改變。以及這些數據與荷載之間的變化關系，以此為汽車結構整體優化設計提供數據支撐。

2.2車身覆蓋件的計算機仿真

車身覆蓋件是汽車重要的組成部分，并且形態較為復雜，自由曲面較多。該部件生產過程中包含幾何非線性問題以及摩擦問題。傳統的沖壓生產中，為了解決上述問題，首先會對覆蓋件模具進行設計，然后對胚料形狀以及尺寸進行設計，最后制造覆蓋件的模型原件。并根據這個模型原件，進行沖壓試驗，從多次沖壓中總結經驗，并進行調試。此種方法在應用過程中會消耗大量的物力以及人力，不僅生產成本較高，生產周期也較長。計算機仿真技術的應用，可以很好的解決以上問題。在設計初始階段，計算機仿真技術可以對覆蓋件模型以及制造可行性進行評價，并在沖壓試驗階段進行故障分析，從而及時發現問題。后續的覆蓋件批量生產環節，可以起到缺陷分析作用，根據分析結果及時調整材料，大大減少物力與人力資源的投入，降低生產成本。

2.3汽車碰撞安全性分析

以往對于汽車碰撞安全性分析主要應用運動方程式進行求解計算，但是在汽車運行過程中，運行路線以及車內人員情況都較為復雜，加之車內空間較小，不同使用者的碰撞規律無從把握，所以求解計算很難發揮作用[2]。CAE技術的應用可以很好的解決這個問題，應用有限元分析方法。對撞擊時車身變形進行動態響應，并對人體多種碰撞情況進行多體動力學分析。以此為基礎對安全氣囊、安全帶等設施進行計算機模擬，，根據最終的模擬數據分析汽車產品發生碰撞之后的安全性，不足之處合理進行優化。

結論：

綜上所述，CAE技術可以在汽車產品制造過程中，發揮重要作用。該技術通過對整車結構、車身覆件等內容的應用分析，可以完善設計方案，進一步縮短產品的生產周期;可以優化制造過程，進一步提高生產效率;可以降低汽車制造生命周期的損耗，進一步降低生產成本，促使企業經濟效益最大化。

參考文獻：

[1]關于舉辦首屆中國數字仿真聯盟論壇暨第15屆中國CAE工程分析技術年會的通知[J].計算機輔助工程，2019（01）：73-74.

[2]張龍江，姚紅汝.鑄造CAE技術在大型球鐵件中壓外缸產品工藝設計中的應用[J].中國鑄造裝備與技術，2019，54（01）：45-49.

作者簡介：趙學鵬，1996年07月01日，男，籍貫：河北保定易縣白馬鄉，職稱和學歷：本科，研究方向或專業：車輛工程，機車方向。