CAE技術(shù)在汽車設計中的應用

楊萬慶

摘 要：隨著社會的發(fā)展，環(huán)保意識的普及，對汽車設計的技術(shù)環(huán)保概念要求越來越高。CAE技術(shù)在汽車設計中環(huán)保的背景下，提高企業(yè)的技術(shù)水平、降低生產(chǎn)成本、減少生產(chǎn)次數(shù)方面起到了重要的作用。利用CAE技術(shù)來優(yōu)化和改善汽車工藝，對新產(chǎn)品方案的試制次數(shù)起到了很重要的作用。鑒于此，文章結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗，對CAE技術(shù)在汽車設計中的應用提出了一些建議，僅供參考。

關鍵詞：CAE技術(shù);汽車設計;應用

0 引言

現(xiàn)如今，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展和進步，如今的CAE技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應用到汽車設計的質(zhì)量與安全性力學分析中，有效的減少了汽車設計過程中的各種重復的流程問題，縮短的汽車研發(fā)的整體周期，為汽車節(jié)省了大量的研發(fā)經(jīng)費，提升汽車設計的舒適性以及安全性等，最終為汽車行業(yè)的發(fā)展做出了極大的貢獻。

1 CAE技術(shù)在汽車設計中的重要性

1.1 降低研發(fā)成本

由于汽車自身的復雜性，在進行實際汽車設計的過程中設計人員不僅需要對汽車的結(jié)構(gòu)特點、未來的使用環(huán)境以及批量生產(chǎn)可能會存在的問題進行考慮，因此在實際設計過程中，整個汽車的設計制造過程都會長時間在方案設計、樣車制造、樣車測試、問題改進幾個步驟之中進行重復循環(huán)。不過在汽車設計過程中應用了CAE技術(shù)以后，樣車制造與測試過程均可以通過CAE技術(shù)中的仿真技術(shù)進行，從而還能夠極大的縮短研發(fā)流程，減少研發(fā)時長，進一步降低研發(fā)成本。

1.2 降低設計風險

相比較傳統(tǒng)的汽車設計方法來說，CAE技術(shù)可以在進行測試前預先對整個設計方案的結(jié)構(gòu)合理性與性能效果進行評估預測，并對設計中不合理的位置進行優(yōu)化，這樣不僅可以有效的提升設計方案中其次的穩(wěn)定性，令整車的可操作性得到提升，還可以降低設計研發(fā)過程中可能會遇到的風險因素，因此CAE技術(shù)對于如今的汽車設計研究有著非常重要的作用。

2 CAE技術(shù)在汽車設計中的相關問題

（1）商用車是在設計和技術(shù)特征上用于運送人員和貨物的汽車，分為貨車和客車。而商用貨車根據(jù)用途不同，分為自卸車和牽引車。車架是商用貨車的重要組成部分，是支撐和連接汽車的總成。并承受來自車內(nèi)外的各種載荷。因此，車架在滿足汽車總布置的情況下，必須具有足夠的強度和適當?shù)膭偠龋允蛊湔９ぷ鳌＃?）在汽車夾具設計中會受到小擾動和非線性力學特征的影響，從而導致汽車夾具的定位誤差較大，加工的非線性小擾動作用特征明顯，因此，需要進行汽車夾具的優(yōu)化設計。利用CAE技術(shù)建立汽車夾具設計的定位誤差修正模型，根據(jù)工件的工藝參數(shù)特征進行汽車夾具定位誤差修正，可以提高汽車夾具設計的精度[1]。基于此，本文提出了基于CAE技術(shù)的汽車夾具設計中定位誤差建模法，采用分段連續(xù)切割方法進行汽車夾具的螺旋面磨削處理，建立刀齒微元隨動分析模型，根據(jù)刀齒微元在單位時間步長進行成形加工設計，從而實現(xiàn)定位誤差的自動修正，最后進行仿真實驗分析，證明了該方法在提高定位誤差修正能力方面的優(yōu)越性。（3）砂型鑄造過程中鑄件材質(zhì)、鑄件結(jié)構(gòu)、冒口大小、砂子強度等，均對澆注過程中的凝固溫度場產(chǎn)生影響，鑄造型腔內(nèi)的金屬液溫度場不同，凝固過程中容易產(chǎn)生孤立液相區(qū)，每個孤立的液相區(qū)在凝固完成后最終產(chǎn)生一個或者多個縮孔。通過鑄造CAE——AnyCasting軟件模擬，可以直觀的看到過程中的形成縮松的原因，以及對應的措施。

3 CAE技術(shù)在汽車設計中的應用

3.1 汽車安全性能分析

為了能夠最大限度的保障汽車內(nèi)部乘客的生命安全，汽車設計人員需要在設計過程中進行汽車的碰撞與防碰撞性能的試驗。在傳統(tǒng)汽車設計方法中，設計人員在完成了設計方案以后，需要制造樣車進行實際碰撞試驗，從而驗證汽車的安全性能效果。而當CAE技術(shù)應用到汽車設計過程中以后，設計人員便可以實現(xiàn)通過仿真技術(shù)對汽車的各種碰撞情況進行模擬，從而完成汽車設計過程中所需要的碰撞試驗，驗證碰撞后汽車的變形情況，不再需要進行樣車實際碰撞試驗，因此極大的降低了汽車設計研發(fā)過程中的成本與風險。

3.2 建立車架有限元模型

利用CATIA軟件對車架及主要附件進行三維實體設計。在建立車架模型時，為反映實車結(jié)構(gòu)，對車架縱梁、橫梁及主要承載零件進行模型搭建，對車架及附件承受的質(zhì)量，簡化為質(zhì)心，通過質(zhì)心位置進行模擬。對車架-輪胎-路面邊界，用剛性單元模擬輪胎，確定對輪胎的約束，鋼板彈簧用兩根剛度不同的彈簧單元模擬，用截面不同的梁單元連接，使之相互作用形成一個整體。工況：汽車在受到垂向沖擊時，在壓力作用下，車架會發(fā)生一定的彎曲，該工況下車架的靜態(tài)安全因子值。我們可以看出，縱梁的最小靜態(tài)安全因子為1.007，大于材料的安全系數(shù)，因此車架在垂向沖擊狀態(tài)下是安全可靠的。車架滿載扭轉(zhuǎn)工況，汽車的左前輪和右后輪各抬高0.15m。此工況下，車架承受較大的扭轉(zhuǎn)應力和彎曲應力，該工況車架的靜態(tài)安全因子值，縱梁的最小靜態(tài)安全因子為0.444，小于材料的安全系數(shù)，因此車架在扭轉(zhuǎn)狀態(tài)下是不可靠的。

3.3 基于CAE技術(shù)的汽車夾具設計中定位誤差建模方法

該法首先采用分段連續(xù)切割方法進行汽車夾具的螺旋面磨削處理，然后利用CAE技術(shù)實現(xiàn)對汽車夾具設計中定位誤差進行修正，建立刀齒微元隨動分析模型，根據(jù)刀齒微元在單位時間步長進行成形加工設計，實現(xiàn)定位誤差的自動修正。通過仿真得知，采用該方法進行汽車夾具設計中定位誤差建模的準確性較高，誤差較低，對提高汽車夾具設計的精密度水平具有很好的參考價值。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過CAE技術(shù)在汽車設計中的應用進行有效地分析，能預先得到汽車在設計中缺陷的有效數(shù)據(jù)，從而指導模具設計，有利于在模具設計階段把鑄件缺陷發(fā)生率降到最低，避免反復不增值的模具修改，提高試模的一次成功率，大大縮短新品開發(fā)周期，降低試模費用。將優(yōu)化后的模具系統(tǒng)與工藝方案應用到實際的生產(chǎn)中，經(jīng)過兩次的試模驗證，將鑄造的理論與生產(chǎn)的實踐結(jié)合起來，摸索出一套較為完善的鑄造工藝方案，對其他類似產(chǎn)品的開發(fā)具有借鑒和指導意義。

參考文獻：

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[3]徐群杰，唐琳琳，葉建學.CAE技術(shù)在汽車設計中的運用探討[J].科技風，2017（24）：206.