2023年汽车CAE工程分析（教学课件）.ppt

汽车汽车CAE工程分析工程分析 汽车CAE工程应用于车身开发上成熟的方面主要有 刚度、强度应用于整车、大小总成与零部件分析，以实现轻量化设计。NVH分析各种振动、噪声，包括摩擦噪声、风噪声等。机构运动分析等。车辆碰撞模拟分析。金属板件冲压成型模拟分析。疲劳分析和空气动力学分析。虚拟试车场整车分析研究。焊装模拟分析。喷涂模拟分析等。一。刚度和强度分析一。刚度和强度分析 ANSYS、NASTRAN等大型软件 有限元法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而到普遍采用 机械应力与热应力的偶合。1车架和车身的强度和刚度分析 车架和车身是汽车中结构和受力都较复杂的部件，对于全承载式的客车车身更是如此。车架和车身有限元分析的目的在于提高其承载能力和抗变形能力、减轻其自身重量并节省材料。另外，就整个汽车而言，当车架和车身重量减轻后，整车重量也随之降低，从而改善整车的动力性和经济性等性能。2齿轮的弯曲应力和接触应力分析 齿轮是汽车发动机和传动系中普遍采用的传动零件。通过对齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的分析，优化齿轮结构参数，提高齿轮的承载载力和使用寿命。3发动机零件的应力分析 以发动机的缸盖为例，其工作工程中不仅受到气缸内高压气体的作用，还会产生复杂的热应力。缸盖开裂事件时有发生。如果仅采用在开裂处局部加强的方法加以改进，无法从根本上解决问题。有限元法提供了解决这一问题的根本途径。二、二、NVH分析分析 国际汽车界制定NVH标准，即噪音(Noise)、振动(Vibration)、平稳(Harshness)三项标准，通俗称为乘坐轿车的“舒适感。NVH标准的一项试验说明，在用水泥铺得较平坦的公路上，轿车以时速40公里的速度行驶，如将欧洲产轿车的NVH以100%作标准，日本轿车那么为75%，韩国轿车为50%。欧洲轿车悬架技术较高，所以乘坐舒适 三、机构运动分析三、机构运动分析 机构运动分析就是根据原动件的运动规律，求该机构其他构件上某些点的位移、轨迹、速度和加速度，以及这些构件的角位移、角速度和角加速度。通过对机构进行位移或轨迹的分析，可以确定某机构件在运动时所需得空间，判断当机构运动时各构件之间是否会互相干预，确定机构中从动件的行程，考察构件上某一点能否实现预定的位置或轨迹要求。通过对机构进行速度分析，可以了解从动件的速度变化规律能否满足工作要求，了解机构的受力情况。通过对机构进行加速度分析，可以确定各构件及构件上某些点的加速度，了解机构加速度的变化规律。四、车辆碰撞模拟分析四、车辆碰撞模拟分析 汽车的平安性可划分为主动平安性和被动平安性。主动平安性是指汽车能够识别潜在的危险自动减速，或当突发的因素出现时，能够在驾驶员的操纵下防止发生交通事故的性能；被动平安性是指汽车发生不可防止的交通事故后，能够对车内乘员或行人进行保护，以免发生伤害或使伤害降低到最小程度。交通事故原因的统计分析说明，以预防事故发生的主动平安性只能防止5的事故。五、金属板冲压成型模拟分析五、金属板冲压成型模拟分析 通过对冲压过程模拟分析得到最正确模具结构和工艺条件，并能通过对板材冲压过程数值模拟，在计算机上观察到模具结构、冲压工艺条件如压边力、冲压方向、摩擦润滑等和材料性能参数如皱曲、破裂的影响，还可以提供最正确钣料形状、合理的压料面形状、最正确冲压方向、以及分析卸载和切边后的回弹量，并补偿模具尺寸以得到尺寸和形状精度良好的冲压件。六、疲劳分析六、疲劳分析 传统的疲劳技术由许多经验公式组成。现代疲劳寿命设计技术是以电子技术数字信息和计算机技术数字仿真结合进入机械设计领域，将机械强度寿命由定性设计提高到定量设计。它立足于随机、动态，整个受载过程的每一实时信号都参与设计，而不仅仅是一个最大值。现代疲劳试验技术只需在计算机上用仿真技术，用载荷谱模拟和加载，预测寿命和反响优化。根据疲劳理论，疲劳破坏主要由循环载荷引起。从理论上说，如果汽车的输入载荷相同，那么所引起的疲劳破坏也应该一样。因此，可以在试车场上按一定的比例混合各种路面及各种事件如开门、关门、刹车等，重现这一载荷输入。这一载荷重现通常可能在较短的时间里完成，因此，可以到达试验加速的目的。七、空气动力学分析七、空气动力学分析 汽车空气动力学主要是应用流体力学的知识，研究汽车行驶时，即与空气产生相对运动时，汽车周围的空气流动情况和空气对汽车的作用力称为空气动力，以及汽车的各种外部形状对空气流动和空气动力的影响。此外，空气对汽车的作用还表现在汽车发动机的冷却、车厢里的通风换气、车身外外表的清洁、气流噪声、车身外表覆盖件的振动、甚至刮水器的性能等方面的影响。为了减少空气阻力系数，现代轿车的外形一般用园滑流畅的曲线去消隐车身上的转折线。前围与侧围、前围、侧围与发动机罩，后围与侧围等地方均采用园滑过渡，发动机罩向前下倾，车尾后箱盖短而高翘，后冀子板向后收缩，挡风玻璃采用大曲面玻璃，且与车顶园滑过渡，前风窗与水平面的夹角一般在25度33度之间，侧窗与车身相平，前后灯具、门手把嵌入车体内，车身外表尽量光洁平滑，车底用平整的盖板盖住，降低整车高度等等，这些措施有助于减少空气阻力系数。八、虚拟试车场整车分析八、虚拟试车场整车分析 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的虚拟试验场技术virtual proving ground,VPG就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NASYS/LS-DYAN软件平台上二次开发推出的，以整车系统为分析对象，考虑系统各类非线性，以标准路面和车速为负荷，对整车系统同时进行结构疲劳、权频率振动噪声分析和数据处理、以及碰撞历程仿真，到达在产品设计前期即可得到样车道路实验结果的“整车性能预测效果的计算机仿真技术。九、焊装模拟分析九、焊装模拟分析 传统的机器人焊接路径规划方法是根据设计人员提供的工位上的焊点数量和焊接顺序，由工艺人员根据经验或类似工艺离线编制机器人加工程序，设计加工工艺。所编写的程序输入到相应设备中，在实验室里预操作，记录下每次偏差位置，重新编程、设计直至满足生产要求。这不仅耗时、费力，同时对于多机器人加工的碰撞问题无法解决。一旦涉及多机器人协同加工，那么往往在实验室中采用步进式逼近方法配合专家经验加以解决，以免发生碰撞，损坏设备。现代车身焊装模拟分析结合虚拟制造技术，在仿真环境下，运用相应的优化算法对车身焊装工位的机器人加工路径进行离线规划，并通过仿真加工进行验证，从而到达指导实际生产的目的。虚拟制造的根底是采用计算机支持的技术，应用数字建模和仿真技术、虚拟现实技术等来模拟生产、加工和装配等过程，在计算机上将产品“制造出来，实现将工艺过程转为数字化操作，再由数字化操作指导实际生产。通过建立生产加工的仿真模型研究制造活动，使用户在设计阶段能够了解产品未来制造过程，实现对生产系统性能有效的预测与评价。在仿真环境下的试运行，有利于进行多工艺方案比较，更有利于多机器人焊接轨迹的选取与优化。