CAE技術(shù)在白車身設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用

陳樂強

摘 要：本文基于CAE仿真技術(shù)，在設(shè)計階段對白車身重要的模態(tài)、靜剛度性能指標進行分析確認，并在后期的試制車輛上進行試驗驗證，通過試驗驗證說明，CAE技術(shù)在車身設(shè)計階段可以非常有效的指導(dǎo)設(shè)計工作，并能夠較為準確的對白車身性能進行預(yù)測。

關(guān)鍵詞：試驗 車身 CAE

引 言

白車身靜剛度主要包括靜態(tài)抗彎曲和靜態(tài)抗扭轉(zhuǎn)剛度，在很大程度上決定著車身的品質(zhì)。在產(chǎn)品設(shè)計過程中，CAE的分析技術(shù)越來越多的介入到產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)中，對產(chǎn)品的性能進行預(yù)測，以確保后期產(chǎn)品不會出現(xiàn)較大的質(zhì)量問題，本文主要介紹CAE技術(shù)在車身設(shè)計開發(fā)過程中的應(yīng)用情況，通過后期的實物驗證，CAE技術(shù)完全可以指導(dǎo)設(shè)計階段的車身剛度設(shè)計工作。

1有限元分析技術(shù)及使用軟件簡介

隨著數(shù)值分析理論的發(fā)展，CAE技術(shù)在現(xiàn)代汽車產(chǎn)品設(shè)計中扮演著越來越重要的角色。本篇文章所介紹的相關(guān)CAE分析主要使用HyperMesh做前處理，使用NASTRAN求解，HyperView查看分析結(jié)果。

2某款轎車車身設(shè)計開發(fā)

2.1 白車身性能指標分解

根據(jù)標桿車白車身試驗數(shù)據(jù)和以往的分析數(shù)據(jù)庫，對新研發(fā)的白車身模態(tài)、白車身靜剛度的設(shè)計目標進行分解確認。

一般情況下白車身模態(tài)主要對車身的三階整體模態(tài)進行考察，分別為基頻、一階扭轉(zhuǎn)、一階彎曲。本款車型分解的模態(tài)指標如下表1所示：

白車身靜剛度主要考察車身的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度，主要考慮車身承受路面剪切載荷和垂直跳動載荷的能力，因此合適的白車身剛度是一個非常重要的設(shè)計指標，某款A(yù)級轎車白車身剛度的設(shè)計指標設(shè)定如下表2所示：

2.2 白車身相關(guān)性能分析確認

經(jīng)過主斷面的分析確認，在某階段的設(shè)計數(shù)?；A(chǔ)上進行白車身的性能指標分析確認。使用HyperMesh建立分析的FE模型，如下圖1所示：

以上述模型為基礎(chǔ)，對白車身模態(tài)、剛度進行分析確認。某款A(yù)級別轎車白車身模態(tài)分析結(jié)果如表3所示：

從分析結(jié)果上看，這款轎車的白車身模態(tài)均達到設(shè)計目標要求。

同時對白車身剛度進行分析確認，考慮動載系數(shù)，彎曲剛度每個座椅安裝位置按照170kg的載荷進行加載，分析工況如下圖2所示：

從分析結(jié)果上看，這款轎車的白車身扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度均達到設(shè)計目標要求。

2.3 試驗驗證

利用CAE技術(shù)對白車身性能進行了分析，模態(tài)和剛度均達到了設(shè)計的目標要求，但是生產(chǎn)出來的車身是否剛度和模態(tài)達到設(shè)計目標要求，還需要借助試驗手段來進行驗證。采用小批量試制階段的白車身進行相關(guān)的試驗驗證工作，白車身模態(tài)試驗如下圖3所示：

借助繩索（有一定的彈性）、木梁、千斤頂固定白車身，近似模擬自由狀態(tài)，在此情況下進行白車身模態(tài)試驗，試驗結(jié)果如下表5所示：

從試驗結(jié)果上看，白車身模態(tài)均達到設(shè)計目標要求，設(shè)計階段借助CAE技術(shù)分析得到的白車身模態(tài)與試驗的差異為2.53%、1.65%、1.99%，差異均在5%以內(nèi)，設(shè)計階段的分析精度較高。

從試驗的結(jié)果上看，白車身扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度均達到設(shè)計目標要求，并且扭轉(zhuǎn)剛度和前期CAE分析結(jié)果非常相近，只有1.49%的差異，彎曲剛度因試驗邊界條件和前期CAE分析邊界條件有略小的差異，誤差在7%左右，綜合來看，分析精度還是可以接受的。

通過白車身模態(tài)和剛度的試驗，可以看出，在車身設(shè)計階段，借助CAE技術(shù)，可以較為有效的對車身相關(guān)性能進行預(yù)測分析。

3 結(jié)論

如果在設(shè)計階段就能夠?qū)Ξa(chǎn)品的性能進行預(yù)測，并且消除潛在的風(fēng)險，那么后期產(chǎn)品出現(xiàn)問題的可能性會大為較低，同時會省去相當一部分的設(shè)計成本和試驗費用。為這個問題提供解決思路的就是日益成熟和完善的CAE技術(shù)。

本文通過某款A(yù)級轎車車身開發(fā)的實例，從白車身的模態(tài)剛度性能入手，簡單介紹CAE技術(shù)在車身設(shè)計開發(fā)中的應(yīng)用情況。CAE技術(shù)在現(xiàn)代的產(chǎn)品設(shè)計中所起到的作用越來越重要。

參考文獻

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