CAE技術(shù)在汽車設(shè)計中的應(yīng)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(shè)計的技術(shù)環(huán)保概念要求越來越高。CAE技術(shù)在汽車設(shè)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(shè)計中的應(yīng)用提出了一些建議，僅供參考。

關(guān)鍵詞：CAE技術(shù);汽車設(shè)計;應(yīng)用

0 引言

現(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，如今的CAE技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到汽車設(shè)計的質(zhì)量與安全性力學(xué)分析中，有效的減少了汽車設(shè)計過程中的各種重復(fù)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(fèi)，提升汽車設(shè)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(xiàn)。

1 CAE技術(shù)在汽車設(shè)計中的重要性

1.1 降低研發(fā)成本

由于汽車自身的復(fù)雜性，在進(jìn)行實際汽車設(shè)計的過程中設(shè)計人員不僅需要對汽車的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、未來的使用環(huán)境以及批量生產(chǎn)可能會存在的問題進(jìn)行考慮，因此在實際設(shè)計過程中，整個汽車的設(shè)計制造過程都會長時間在方案設(shè)計、樣車制造、樣車測試、問題改進(jìn)幾個步驟之中進(jìn)行重復(fù)循環(huán)。不過在汽車設(shè)計過程中應(yīng)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(jìn)行，從而還能夠極大的縮短研發(fā)流程，減少研發(fā)時長，進(jìn)一步降低研發(fā)成本。

1.2 降低設(shè)計風(fēng)險

相比較傳統(tǒng)的汽車設(shè)計方法來說，CAE技術(shù)可以在進(jìn)行測試前預(yù)先對整個設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)合理性與性能效果進(jìn)行評估預(yù)測，并對設(shè)計中不合理的位置進(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)計研發(fā)過程中可能會遇到的風(fēng)險因素，因此CAE技術(shù)對于如今的汽車設(shè)計研究有著非常重要的作用。

2 CAE技術(shù)在汽車設(shè)計中的相關(guān)問題

（1）商用車是在設(shè)計和技術(shù)特征上用于運(yùn)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(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膭偠?，以使其正常工作。?）在汽車夾具設(shè)計中會受到小擾動和非線性力學(xué)特征的影響，從而導(dǎo)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(jìn)行汽車夾具的優(yōu)化設(shè)計。利用CAE技術(shù)建立汽車夾具設(shè)計的定位誤差修正模型，根據(jù)工件的工藝參數(shù)特征進(jìn)行汽車夾具定位誤差修正，可以提高汽車夾具設(shè)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(shè)計中定位誤差建模法，采用分段連續(xù)切割方法進(jìn)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(jìn)行成形加工設(shè)計，從而實現(xiàn)定位誤差的自動修正，最后進(jìn)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(qiáng)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(yīng)的措施。

3 CAE技術(shù)在汽車設(shè)計中的應(yīng)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(shè)計人員需要在設(shè)計過程中進(jìn)行汽車的碰撞與防碰撞性能的試驗。在傳統(tǒng)汽車設(shè)計方法中，設(shè)計人員在完成了設(shè)計方案以后，需要制造樣車進(jìn)行實際碰撞試驗，從而驗證汽車的安全性能效果。而當(dāng)CAE技術(shù)應(yīng)用到汽車設(shè)計過程中以后，設(shè)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(jìn)行模擬，從而完成汽車設(shè)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(jìn)行樣車實際碰撞試驗，因此極大的降低了汽車設(shè)計研發(fā)過程中的成本與風(fēng)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(jìn)行三維實體設(shè)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(jìn)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(jìn)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(yīng)力和彎曲應(yīng)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(shè)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(jìn)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(shè)計中定位誤差進(jìn)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(jìn)行成形加工設(shè)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(jìn)行汽車夾具設(shè)計中定位誤差建模的準(zhǔn)確性較高，誤差較低，對提高汽車夾具設(shè)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(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行有效地分析，能預(yù)先得到汽車在設(shè)計中缺陷的有效數(shù)據(jù)，從而指導(dǎo)模具設(shè)計，有利于在模具設(shè)計階段把鑄件缺陷發(fā)生率降到最低，避免反復(fù)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(fèi)用。將優(yōu)化后的模具系統(tǒng)與工藝方案應(yīng)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(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]伍家梅.基于CAE技術(shù)的汽車內(nèi)飾板成型工藝分析與模具設(shè)計[J].塑料工業(yè)，2018，46（07）：70-73.

[2]陸玲梅.基于CAE汽車天窗滑軌注塑工藝多目標(biāo)優(yōu)化與模具設(shè)計[D].江蘇大學(xué)，2018.

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