CATIA運(yùn)動(dòng)仿真在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

李巖

【摘 ?要】近些年來，世界上汽車行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)越發(fā)激烈，競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)境也逐漸惡劣，這導(dǎo)致產(chǎn)品的更新?lián)Q代以及當(dāng)下的實(shí)際研發(fā)情況都出現(xiàn)了不小的問題。CATIA在汽車風(fēng)格造型、車身設(shè)計(jì)、發(fā)動(dòng)機(jī)引擎開發(fā)等等方面提供了非常完善的解決方案，能夠有效的降低汽車研發(fā)過程中的復(fù)雜性以及工作整體量，這能夠?yàn)樾庐a(chǎn)品贏得更多的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

【關(guān)鍵詞】CATIA;運(yùn)動(dòng)仿真;汽車設(shè)計(jì);應(yīng)用

隨著企業(yè)行業(yè)的快速發(fā)展和進(jìn)步，汽車設(shè)計(jì)與研發(fā)已經(jīng)進(jìn)入了全新的虛擬時(shí)代，汽車設(shè)計(jì)過程中可以通過電子虛擬裝配以及運(yùn)動(dòng)仿真模型的建立，從而更加只管的裝配流程，為汽車的運(yùn)動(dòng)干涉進(jìn)行檢查。這一步驟的主要目的就是實(shí)現(xiàn)對(duì)于車輪動(dòng)態(tài)跳動(dòng)時(shí)系統(tǒng)參數(shù)的變化情況，從而為企業(yè)的整體質(zhì)量改進(jìn)提供一種有效的方式和方法。本文主要根據(jù)運(yùn)動(dòng)仿真、電子虛擬裝配等等特點(diǎn)，尋找汽車總體設(shè)計(jì)當(dāng)中運(yùn)動(dòng)仿真的實(shí)際應(yīng)用方式。

1.CAE技術(shù)在汽車產(chǎn)品中的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

CAE技術(shù)是指計(jì)算機(jī)技術(shù)和工程分析技術(shù)相結(jié)合之后形成的一種現(xiàn)代化分析技術(shù)，主要的理論基礎(chǔ)就是有限單元法。有限單元法的應(yīng)用方向是解決工程問題當(dāng)中的數(shù)據(jù)分析方式，具體來說就是將連續(xù)的求解域離散為有限并且互不重疊的單元，根據(jù)單元的實(shí)際類型、約束方式、荷載大小、邊界條件等等關(guān)系來建立物理方程。這一方式需要借助于變分原理或者加權(quán)余量法，從而將微分方程進(jìn)行離散求解[1][2]。

在現(xiàn)代汽車研發(fā)與設(shè)計(jì)的過程中，CAE技術(shù)已經(jīng)可以應(yīng)用到各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，這其中包括汽車設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造等等環(huán)節(jié)。使用CAE技術(shù)之后，能夠?qū)嚿碚饎?dòng)、剛度、碰撞等等性能進(jìn)行仿真模擬，從而進(jìn)行更加真實(shí)的分析與計(jì)算。產(chǎn)品設(shè)計(jì)在開展的過程中則是需要注意保證汽車零部件使用性能不降低的情況下來對(duì)汽車進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。

2.汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)的基本原則

汽車產(chǎn)品在開展設(shè)計(jì)的過程中，基本的原則就是遵循正確大小、正確拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、正確材料、正確設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)四個(gè)方面。

首先正確的大小這一要求主要是應(yīng)用于整個(gè)車輛的參數(shù)匹配步驟，也就是在設(shè)計(jì)的過程中需要保證車輛尺寸、質(zhì)量可以滿足整體設(shè)計(jì)需求，同時(shí)還需要油量以及質(zhì)量等等方面可以保證匹配，實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)行性能要求[3][4][5]。

其次則是拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)主要的目的就是保證各類零件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、力學(xué)性能滿足實(shí)際要求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于汽車產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各方面性能考量。

再次則是需要在設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)開始考量材料對(duì)于汽車造成的影響，一些質(zhì)量更輕的材料能夠讓汽車以更高的速度行駛，而相對(duì)來說，這種質(zhì)量更輕的材料抗撞擊性也就會(huì)有所下降。也就是說，選擇材料的過程中需要考慮到綜合產(chǎn)品加工技術(shù)對(duì)于材料造成的影響，所選擇的材料必須要保證符合汽車產(chǎn)品的實(shí)際加工工藝以及加工方式。

最后則是注意設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，正確的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)當(dāng)中包括汽車產(chǎn)品零件質(zhì)量分配、對(duì)接接頭結(jié)構(gòu)與特性、連接方式、制造成本等等方面的要求。對(duì)于汽車零部件來說，開展設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到多方面的影響，從而保證協(xié)調(diào)，盡量將安全與性能作為主要的方向。

3.有限單元法在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

通過CATIA技術(shù)，可以建立準(zhǔn)確的CAD模型，同時(shí)結(jié)合有限元分析軟件，就能夠?qū)ζ嚠a(chǎn)品在實(shí)際狀態(tài)下的應(yīng)力應(yīng)變情況進(jìn)行模擬與分析，明確這一產(chǎn)品是否還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。如果應(yīng)力小于產(chǎn)品材料的疲勞極限，那么就意味著產(chǎn)品還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間。在這一環(huán)節(jié)當(dāng)中，未來需要注意合理建立研究對(duì)象的有限元模型，其中包括材料屬性、單元類型等等方面的內(nèi)容。同時(shí)邊界條件和分步驟也需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)的設(shè)置，從而更好的保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。一般來說，建議在這一過程中使用六面體單元，邊界條件則是盡量與實(shí)際情況保持一致，如果無法保持一致，那么就可以使用圣維南原理來進(jìn)行近似處理。條件在允許的情況修改，則是可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來進(jìn)行對(duì)比，將其作為驗(yàn)證有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，為后續(xù)的設(shè)計(jì)做好準(zhǔn)備。

4.電子虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)仿真在汽車設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

4.1電子虛擬裝配在汽車設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

電子虛擬裝配屬于零件模型給恩據(jù)約束的關(guān)系來進(jìn)行定位的階段，屬于根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的精度特性、形狀特性來設(shè)計(jì)的。在計(jì)算機(jī)上，可以模擬出產(chǎn)品三維裝配的實(shí)際過程，同時(shí)用戶可以開展交互的方式來進(jìn)行產(chǎn)品三維模擬裝配情況，這能夠更好的校驗(yàn)出產(chǎn)品可裝配性能?？梢酝ㄟ^虛擬裝配汽車，來快速并且準(zhǔn)確的完成整車總體設(shè)計(jì)工作，最終實(shí)現(xiàn)總裝配圖、總布置圖的繪制核對(duì)以及對(duì)空間的校核。

4.2運(yùn)動(dòng)仿真在汽車設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

運(yùn)動(dòng)仿真是指通過設(shè)立運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)模型，探究具體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，分析零件的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，從而掌握機(jī)構(gòu)當(dāng)中零件的力矩、反作用力、加速度、速度等等內(nèi)容，這一步驟的分析結(jié)果就是可以修改零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或者說調(diào)整零件實(shí)際材料質(zhì)量與材料情況。CATIA當(dāng)中，運(yùn)動(dòng)分析模塊可以直接選擇建模參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，從而更好的完善運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真分析。在計(jì)算的過程中，還可以根據(jù)后傳動(dòng)軸、前驅(qū)動(dòng)軸、前輪轉(zhuǎn)動(dòng)、跳動(dòng)來制作出對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)軌跡圖，運(yùn)動(dòng)軌跡圖的出現(xiàn)能夠根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，找到汽車實(shí)際布置過程中的不足之處，這樣在制造完成之后，不僅僅汽車可以實(shí)現(xiàn)智能化，同時(shí)也能夠提升汽車整體附加價(jià)值。

結(jié)束語：

CATIA軟件技術(shù)的使用對(duì)于汽車的設(shè)計(jì)研發(fā)工作來說，意味著更好的發(fā)展方向已經(jīng)出現(xiàn)。未來需要將設(shè)計(jì)理念進(jìn)行轉(zhuǎn)化與提升，尤其是對(duì)于汽車的制造過程來說，可以通過軟件的分析方式來進(jìn)行直接觀察，了解了部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，那么也就可以讓汽車的設(shè)計(jì)分布逐漸走向合理化，這能夠更好的縮短汽車設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的周期問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]柯磊，黃喜，陳婷. CATIA運(yùn)動(dòng)仿真在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2017，（16）：155.

[2]張軍，朱磊. CATIA運(yùn)動(dòng)仿真在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2016，15（05）：52-53.

[3]葛鋒，任丙成，馮麗芳. 基于CATIA的運(yùn)動(dòng)分析在汽車刮水器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 汽車電器，2015，（08）：18-22.

[4]劉軼婭. 電子虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)分析在汽車總體設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 科技創(chuàng)業(yè)月刊，2013，26（06）：172-173.

[5]孔薇，晏雙鶴，楊維新. CATIA虛擬裝配及運(yùn)動(dòng)仿真在汽車油門控制器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 北京汽車，2008，（05）：32-34+37.

（作者單位：四川野馬汽車股份有限公司）