CAE技术在汽车行业的应用:从零部件强度到整车NVH分析,全面解析工程仿真如何提升汽车性能

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CAE技术于汽车行业的应用,起始是线弹性部件分析,之后发展到汽车结构中诸多非线性问题的分析,再到如今的汽车疲劳寿命分析、NVH分析、碰撞模拟等,CAE分析差不多把汽车性能的所有方面都涵盖了。本文要来盘点一下CAE技术应用到汽车行业的方向以及领域。

刚度和强度分析

01、车架和车身的强度和刚度分析

作为汽车结构里最为繁杂的受力部件,车架是其一,车身亦是其一,其强度分析相当重要,还有刚度分析,对整个汽车的承载能力来说意义重大,对其抗变形能力而言同样关键。另外,基于强度分析以及刚度分析所进行的车架结构优化,还有车身所做的相应改变,对整车的轻量化进程有着极大作用,进而能够提高经济性,也可提升动力性标点符号。

02、齿轮的弯曲应力和接触应力分析

经过针对齿轮齿根弯曲应力展开分析,以及对齿面接触应力进行分析,进而优化齿轮结构参数,以此提高齿轮的承载能力,延长齿轮的使用寿命。

03、发动机零件的应力分析

发动机的零件,于工作的进程当中,会遭受到气缸内气体的高压力作用,以及热应力的影响,借助有限元分析,去找出应力集中的危险部位,进而加以改进,如此便能够预防事故的发生。

NVH分析

发出嘈杂让人听着不舒服的声音,物体抖动波动导致不稳定的状态,以及让人感觉颠簸不顺畅的那种状况,这三项衡量准则,通常被通俗地称作乘坐时的 “舒适感”。

当收入水准有所攀升以后,消费者对于汽车用品舒坦程度也就是NVH性能愈发重视起来,所以在汽车研发进程里,NVH剖析成为了不能省去的操作步骤,其主要涵盖动力系统NVH、车身NVH、底盘NVH这三个大部类。汽车NVH分析关联到汽车于各级频次的模态解析,不同路面工况对汽车振型的激励状况,以及风噪、发动机噪声、轮胎噪声等声学范畴的研究,所有这些都离不开CAE仿真分析。

机构运动分析

原动件有着特定的、为人所知的运动规律,根据这个,要去求那个机构里其他构件上某些点的位移,还要去求这些点的轨迹,同时也要去求这些点的速度,以及这些点的加速度,进而还要去求这些其他构件的角位移,继续还要求这些构件的角速度,最后更要去求这些构件的角加速度,这就是机构运动分析 。

对机构展开速度分析,以此去知晓从动件的速度变化规律是不是能够满足工作要求了,同时还要了解机构的受力状况,凭此去达成这个目的;对机构开展加速度分析,借助这个分析来确定各构件以及构件上某些点的加速度情形,进而去明白机构加速度的变化规律几何,达成这样的目标 。

机构运动分析的方法很多,主要有图解法和解析法。

车辆碰撞模拟分析

汽车安全性分为主动安全性和被动安全性:

汽车作为最常用的交通工具,其安全性能深受汽车厂商与消费者这双方的高度关注,针对此政府有关部门制定了一系列评价标准,故而在对汽车结构的刚度以及强度展开分析之后,还得借助CAE工具开展碰撞仿真分析去验证汽车安全性。在汽车安全性设计里要执行涵盖不同碰撞方向、不同碰撞速度、不同的重量、不同假人以及不同坐姿等的碰撞分析,依据分析结果去对汽车结构设计做相应优化。

金属板冲压成型模拟分析

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使用冲压成型,材料利用效率高,产品品质稳定,易于达成自动化生产态势故得以广泛运用,嗯,是这样的 。

就传统冲压生产进程来说,不管是冲压工序的拟定,工艺参数的挑选,又或是冲压模具的设计,制造,均需历经多次修正方可确定。然而这会致使生产成本高昂,生产周期难以得到保障。

数值模拟技术用于冲压成型过程,借助对板材冲压过程进行数值模拟,能于计算机上观察到模具结构的作用。还能观察冲压工艺条件,像压边力、冲压方向、摩擦润滑等方面的影响。也能观察由材料性能参数,诸如皱曲、破裂所带来的影响。它可以提供最佳钣料形状,给出合理的压料面形状,确定最佳冲压方向。并且能够分析卸载和切边后的回弹量,还能补偿模具尺寸,以此得到尺寸和形状精度良好的冲压件。运用该技术可大大缩短试模时间,进而减少制模成本。

疲劳分析

常规情况时进行设计定型样机的疲劳试验,这样做需要花费几年的时间,甚至是比几年还要更多的时间,用于去发现设计之中存在的失误,进而对设计作出修改。

现当代的疲劳试验技术,只需于计算机之上运用仿真技术,借助载荷谱来进行模拟以及加载,进而预测寿命并且反馈以作优化。此情形能够将试验时间压缩至原本的十分之一、百分之一,极大地降低了开发成本,还缩短了开发周期。

借鉴疲劳理论,疲劳破坏主要源自循环载荷引发,理论而言,要是汽车输入载荷等同,那么所引发的疲劳破坏理应相同,故而能于试车场依一定比例混合各类路面以及各类事件,像开门、关门、刹车等,去重现此载荷输入,这一载荷重现通常能够在较短时间内达成,所以,能够实现试验加速的目的 。

空气动力学分析

主要是运用流体力学知晓理念,针对汽车通行之际,也就是和空气生成相对运动之时,探求汽车周边的空气流动状况以及空气对汽车的作用力(此称之为空气动力),还有汽车的各类外部形体对空气流动与空气动力的作用。另外,空气对汽车的效用还呈现于汽车发动机的冷却方面、车厢内部的通风换气方面、车身外表面的清洁方面、气流噪声方面、车身表面覆盖件的振动方面、甚至刮水器的性能等方面的影响上 。

虚拟试车场整车分析

CAE技术飞速发展,软硬件功能大幅提高,这样整车系统仿真成为可能。美国工程技术合作公司 (ETA) 在ANSYS/LS-DYAN软件平台上二次开发推出虚拟试验场技术 (virtual proving ground, VPG),这是一个对整车系统性能全面仿真实用软件的代表。VPG技术是汽车CAE技术领域中一个很有代表性的进展。

VPG是在ANSYS/LS-D YAN 软件平台上,经二次开发而推出的。它以整车系统作为分析对象,并且考虑系统的各类非线性情况。它还以标准路面和车速当作负荷,针对整车系统同时开展结构疲劳、权频率振动噪声分析以及数据处理,还有碰撞历程仿真。通过这些,能够达到在产品设计前期就可以获取样车道路实验结果的“整车性能预测”效果,它属于计算机仿真技术 。

焊装模拟分析

传统的机器人焊接路径规划办法,是依据设计人员给出的工位上的焊点数目以及焊接次序,工艺人员鉴于经验或者类似工艺离线编制机器人加工程序,设计加工工艺。所撰写的程序输入到相应设备里,于实验室中预先操作,记下每次偏差位置,再次编程、设计直到满足生产需求。这不但耗时、费力,并且对于多机器人加工的碰撞问题没法解决。一旦牵扯到多机器人协同加工,那么常常会于实验室里运用步进式逼近方法,再配合专家经验来给予解决,从而避免出现碰撞情况,防止损坏设备。

在仿真环境当中,车身焊装模拟分析与虚拟制造技术相结合,运用对应的优化算法,针对车身焊装工位的机器人加工路径展开离线规划,随后借助仿真加工予以验证,以此达成指导实际生产的目标 。

虚拟制造的基础,是采用计算机支持的技术,应用数字建模和仿真技术,应用虚拟现实技术等,来模拟生产过程,模拟加工过程,模拟装配等过程,目的是在计算机上把产品“制造”出来,实现将工艺过程转变为数字化操作的目标,进而由数字化操作去指导实际生产。

对制造活动展开研究借助的是建立起生产加工的仿真模型,如此一来能让用户于设计阶段知晓产品后续制造进程,进而达成对生产系统性能的有效预测以及评价。在仿真环境当中进行试运行有着助益,这既利于开展多工艺方案之间的比较,又更利于多机器人焊接轨迹的挑选与优化。

关键词:CAE技术汽车行业