CAE有限元仿真技術(shù)在汽車行業(yè)非線性問題的應(yīng)用

 CAE技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用從最初的線彈性部件分析到汽車結(jié)構(gòu)中大量的非線性問題分析，到現(xiàn)在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，CAE分析幾乎涵蓋了汽車性能的所有方面。今天有限元科技小編來為大家盤點(diǎn)一下CAE技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)的方向和領(lǐng)域。

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剛度和強(qiáng)度分析

1、車架和車身的強(qiáng)度和剛度分析

車架和車身是汽車結(jié)構(gòu)中最為復(fù)雜的受力部件，7zhuan.cn其強(qiáng)度和剛度分析對整個汽車的承載能力和抗變形能力至關(guān)重要。此外，基于強(qiáng)度和剛度分析的車架和車身結(jié)構(gòu)優(yōu)化對整車的輕量化從而提高經(jīng)濟(jì)性和動力性也有很大作用。

2、齒輪的彎曲應(yīng)力和接觸應(yīng)力分析

通過對齒輪齒根彎曲應(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)動機(jī)零件的應(yīng)力分析

發(fā)動機(jī)零件在工作過程中受到氣缸內(nèi)氣體的高壓力和熱應(yīng)力，通過有限元分析找出應(yīng)力集中的危險部位加以改進(jìn)則可以預(yù)防事故發(fā)生。

NVH分析

噪音(Noise)、振動(Vibration)、平穩(wěn)(Harshness)三項標(biāo)準(zhǔn)，通俗稱為乘坐“舒適感”。

隨著收入水平的提高，消費(fèi)者越來越看重汽車產(chǎn)品的舒適性即NVH性能，因此汽車開發(fā)中也必不可少的要進(jìn)行NVH分析，主要包括動力系統(tǒng)NVH、車身NVH、底盤NVH三大部分。7zhuan.cn而汽車NVH分析則涉及到汽車在各級頻率的模態(tài)分析，不同路面工況激勵下的汽車振型，還有風(fēng)噪、發(fā)動機(jī)噪聲、輪胎噪聲等聲學(xué)研究，這些都離不開CAE仿真分析。

機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析

機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析就是根據(jù)原動件的已知運(yùn)動規(guī)律，求該機(jī)構(gòu)其他構(gòu)件上某些點(diǎn)的位移、軌跡、速度和加速度，以及這些構(gòu)件的角位移、角速度和角加速度。

通過對機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度分析，了解從動件的速度變化規(guī)律能否滿足工作要求，了解機(jī)構(gòu)的受力情況。

通過對機(jī)構(gòu)進(jìn)行加速度分析，確定各構(gòu)件及構(gòu)件上某些點(diǎn)的加速度，了解機(jī)構(gòu)加速度的變化規(guī)律。

機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的方法很多，主要有圖解法和解析法。

車輛碰撞模擬分析

汽車安全性分為主動安全性和被動安全性。

主動安全性是指汽車能夠識別潛在的危險自動減速，或當(dāng)突發(fā)的因素出現(xiàn)時，能夠在駕駛員的操縱下避免發(fā)生交通事故的性能。

被動安全性是指汽車發(fā)生不可避免的交通事故后，能夠?qū)噧?nèi)乘員或行人進(jìn)行保護(hù)，以免發(fā)生傷害或使傷害降低到最小程度。

作為最常用的交通工具，汽車的安全性能是汽車廠商和消費(fèi)者雙方都高度關(guān)注的問題，政府相關(guān)部門也為此制定了一系列評價標(biāo)準(zhǔn)，所以在汽車結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度分析之后，7zhuan.cn還必須通過CAE工具進(jìn)行碰撞仿真分析對汽車安全性加以驗證。在汽車安全性設(shè)計中需要執(zhí)行包括不同的碰撞方向、不同的碰撞速度、不同的重量、不同的假人及坐姿等碰撞分析，通過分析結(jié)果來對汽車結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。

金屬板沖壓成型模擬分析

沖壓成型材料利用率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)-廣泛應(yīng)用。

在傳統(tǒng)的沖壓生產(chǎn)過程中，無論是沖壓工序的制定、工藝參數(shù)的選取，還是沖壓模具的設(shè)計、制造，都要經(jīng)過多次修改才能確定-導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期難以保證。

沖壓成型過程數(shù)值模擬技術(shù)通過對板材沖壓過程數(shù)值模擬，在計算機(jī)上觀察到模具結(jié)構(gòu)、沖壓工藝條件（如壓邊力、沖壓方向、摩擦潤滑等）和材料性能參數(shù)（如皺曲、破裂）的影響，提供最佳鈑料形狀、合理的壓料面形狀、最佳沖壓方向、以及分析卸載和切邊后的回彈量，并補(bǔ)償模具尺寸以得到尺寸和形狀精度良好的沖壓件。該技術(shù)使試模時間大大縮短，從而減少制模成本。

疲勞分析

常規(guī)設(shè)計定型樣機(jī)疲勞試驗需要幾年甚至更多時間來發(fā)現(xiàn)設(shè)計失誤、修改設(shè)計。

現(xiàn)代疲勞試驗技術(shù)只需在計算機(jī)上用仿真技術(shù)，用載荷譜模擬和加載，預(yù)測壽命和反饋優(yōu)化。這可把試驗時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^短的時間里完成，因此，可以達(dá)到試驗加速的目的。

空氣動力學(xué)分析

汽車空氣動力學(xué)主要是應(yīng)用流體力學(xué)的知識，研究汽車行駛時，即與空氣產(chǎn)生相對運(yùn)動時，汽車周圍的空氣流動情況和空氣對汽車的作用力（稱為空氣動力），以及汽車的各種外部形狀對空氣流動和空氣動力的影響。此外，空氣對汽車的作用還表現(xiàn)在汽車發(fā)動機(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、甚至刮水器的性能等方面的影響。

焊裝模擬分析

傳統(tǒng)的機(jī)器人焊接路徑規(guī)劃方法是根據(jù)設(shè)計人員提供的工位上的焊點(diǎn)數(shù)量和焊接順序，由工藝人員根據(jù)經(jīng)驗或類似工藝離線編制機(jī)器人加工程序，設(shè)計加工工藝。所編寫的程序輸入到相應(yīng)設(shè)備中，在實驗室里預(yù)操作，記錄下每次偏差位置，重新編程、設(shè)計直至滿足生產(chǎn)要求。這不僅耗時、費(fèi)力，同時對于多機(jī)器人加工的碰撞問題無法解決。一旦涉及多機(jī)器人協(xié)同加工，則往往在實驗室中采用步進(jìn)式逼近方法配合專家經(jīng)驗加以解決，以免發(fā)生碰撞，損壞設(shè)備。

車身焊裝模擬分析結(jié)合虛擬制造技術(shù)，在仿真環(huán)境下，運(yùn)用相應(yīng)的優(yōu)化算法對車身焊裝工位的機(jī)器人加工路徑進(jìn)行離線規(guī)劃，并通過仿真加工進(jìn)行驗證，達(dá)到指導(dǎo)實際生產(chǎn)的目的。

虛擬制造的基礎(chǔ)是采用計算機(jī)支持的技術(shù)，應(yīng)用數(shù)字建模和仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等來模擬生產(chǎn)、加工和裝配等過程，在計算機(jī)上將產(chǎn)品“制造”出來，實現(xiàn)將工藝過程轉(zhuǎn)為數(shù)字化操作，再由數(shù)字化操作指導(dǎo)實際生產(chǎn)。

通過建立生產(chǎn)加工的仿真模型研究制造活動，使用戶在設(shè)計階段能夠了解產(chǎn)品未來制造過程，實現(xiàn)對生產(chǎn)系統(tǒng)性能有效的預(yù)測與評價。在仿真環(huán)境下的試運(yùn)行，有利于進(jìn)行多工藝方案比較，更有利于多機(jī)器人焊接軌跡的選取與優(yōu)化。

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