汽車計算機輔助工程分析cae(已修改)
2025-03-01 13:23 本頁面
【正文】 第三篇 汽車計算機輔助工程分析 （ 汽車 CAE技術） ? CAE 是計算機輔助工程 (ComputerAided Engineering)的英文簡稱，隨著計算技術的發(fā)展，企業(yè)可以建立產品的數字樣機，并模擬產品及零件的工況， 對零件和產品進行工程校驗、有限元分析和計算機仿真 。 ? 在產品開發(fā)階段，企業(yè)應用 CAE能有效地對零件和產品進行仿真檢測，確定產品和零件的相關技術參數，發(fā)現產品缺陷、優(yōu)化產品設計，并極大降低產品開發(fā)成本。在產品維護檢修階段能分析產品故障原因，分析質量因素等。 ? 有限元分析在 CAE中運用最廣， 有限單元法的基本思想 是將物體（即連續(xù)的求解域）離散成有限個簡單單元的組合，用這些單元的集合來模擬或逼近原來的物體，從而將一個連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題。 ? 物體被離散后，通過對其中各個單元進行單元分析，最終得到對整個物體的分析結構。隨著單元數目的增加，解的近似程度將不斷增大和逼近真實情況。 汽車 CAE技術的發(fā)展 ? 現代汽車對結構設計提出了越來越高的要求，汽車結構分析已不滿足于結構線性彈性分析。實際上汽車結構系統(tǒng)中大量存在非線性結構，例如發(fā)動機、駕駛室橡膠支承、懸掛大變形、零部件間連接的能量緩沖等。在產品要求精益設計的條件下，只應用線性分析普遍感到不足。產品開發(fā)要求 CAE更多地考慮非線性影響。 ? 其次，汽車零部件結構分析的一個難點是分析載荷的不定因素 ，大量零部件結構實際所受到的載荷到底是多大，往往很難明確給出。對此過去往往應用對比分析法，但這越來越不適應越來越高的設計要求 。 ? 第三，汽車產品設計已進入有限壽命設計階段 ，這要求汽車在設計的使用期內，整車和零部件完好，不產生疲勞破壞，而達到使用期后（例如轎車一般設計壽命為八年），零部件盡可能多地達到損傷，以求產品輕量化，節(jié)約材料和節(jié)省能源。這也對 CAE分析提出了使用真實載荷的要求。 ? 汽車整車性能，如舒適性、行駛操縱穩(wěn)定性分析也不僅僅滿足于結構剛性簡化，還要求考慮結構變形剛度影響，進行整車非線性系統(tǒng)分析，以達到動態(tài)參數設計的目標。 ? CAE技術在飛速發(fā)展，非線性軟件功能有了很大的提高，計算機硬件也提供了足夠的支持，所以 CAE技術滿足上述汽車現代設計要求是可能的。美國工程技術合作公司（ ETA公司）推出的虛擬試驗場技術（ VIRTUAL PROVING ROUND ，以下簡稱 VPG技術）即是針對上述要求發(fā)展的實用軟件。 汽車駕駛室開發(fā)過程中的 CAE應用 CAE在汽車開發(fā)中的應用與實施 ? CAE在汽車等機械產品的開發(fā)中應用非常廣泛。如采用有限元法（ FEM）計算機械零件的應力和變形進行強度和剛度分析；采用多體動力學方法進行汽車整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性的動態(tài)仿真分析；采用有限元法進行汽車碰撞分析 。 ? 采用有限元法和邊界方法（ BEM）分析汽車的噪聲等等。可以說，CAE在汽車產品開發(fā)過程中所發(fā)揮的作用已經無法被取代。 CAE在汽車產品開發(fā)過程中的作用集中體現在三方面 : ? 1） CAE極大地縮短了產品的研制周期，在建模和分析過程中采用實體造型和參數化，模型和參數的修改都很方便，最終確定合理的結構參數所需時間得到大幅度的縮短。 ? 2）減少了開發(fā)費用。相對于道路試驗和室內臺架試驗而言，利用 CAE分析汽車整車及零部件的各種性能所需要的費用大幅減少。 ? 3）有利于通過優(yōu)化等手段開發(fā)出性能更為優(yōu)越的汽車整車和零部件。 ? 譬如通過優(yōu)化車架和車身的結構參數減輕整車重量；通過優(yōu)化行走系和轉向系的參數提高整車的操縱穩(wěn)定性和行駛平順性等。 ? 當然，從實際應用的角度來說，汽車 CAE作用的發(fā)揮還依賴于兩個重要前提 : 其一是對 CAE技術的熟練掌握 。 另一個是要提供最基本的實驗數據和相關數據庫。 ? 這里所指的基本實驗數據，是指像輪胎特性數據、道路特性數據、各種材料的力學特性等。所謂相關數據庫是指企業(yè)在產品設計和開發(fā)過程中不斷積累的、能夠提供結構形式和主要參數（包括價格、外協情況等）的數據。 CAE 對汽車
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