NX_成功用户_CAE在产品开发中的应用【荐】.pdfVIP

明 威 科 技 CAE 在产品开发中的应用 李保国 北汽福田汽车工程院计算分析所 102206 [ 摘 要 ] 利用 Ideas 的 CAE 功能，能方便的实现快速修改 CAE 模型、其它前处理软件和 Nastran 等求解器的联 接，在产品设计的各个阶段进行仿真分析，实现由传统的经验设计向现在的精确设计转变，从而达到缩 短产品开发周期、提高产品性能、降低开发费用的目的。 [ 关键词 ] Ideas 、有限元、设计 1 前言 现代汽车开发是一个综合与分析的互逆过程。综合与分析在汽车产品开发的不同阶段，发挥不同的 作用，从概念设计到详细设计的开发流程，实际是一个从系统综合到系统分析的流程。在开发阶段初期， 有充分的设计自由度，但有关设计的参数、数据则较少，我们关注的是产品的整体性能，例如：平顺性、 操纵稳定性等，利用 Nasran 软件，我们能够在设计初期结合试验数据、客户意见反馈设定好整车设计 性能指标（设计目标）；在详细结构设计阶段，根据整车性能指标，逐级分解到车身、底盘等各个子系 统、零部件上，最终体现在结构的各个设计参数上。 2 汽车结构设计过程 现在国内产品设计更加整合已有资源、优化配置，更加强度产品的整体性能，比如平顺性、操纵稳 定性，高端的在整车 NVH 方面有更高的要求。无论是商用车还是乘用车，车身设计一直是现代整车设 计的核心技术，有限元在车身设计发挥的作用远超过其他方面，下文结合 IDEAS CAE 、Nastran 软件介 绍有限元在车身设计的各个阶段发挥的不同作用。 2.1 整车性能设计 汽车的平顺性主要是指保持汽车在行驶过程中产生的振动和冲击环境对乘员舒适性的影响，是现代 高速汽车的主要性能之一。研究对象主要是整车悬架系统、前后轴荷、整车惯性质量等，利用 IDEAS CAE 人性化的前处理界面和 Nastran 丰富的单元库，能在概念设计阶段快速、准确的建立多自由度整车和动 力系统模型，进行模态、瞬态响应、随机响应分析，对整车系统的平顺性、人体的响应做出评估；结合 试验、先期客户反馈意见、专业人士主观评价，设立设计目标，指导后继结构设计。 利用 Nastran 提供的 SOL 200 求解序列，可以以悬架系统的刚度、阻尼为设计变量，根据国家标准 化组织的要求对各个频段频率进行加权优化，设计出平顺性最佳的前后悬架刚度、阻尼系数。有限元模 型、部分计算结果见下图。 明威科技 Tel:0431 Email：info@ 明 威 科 技 图 1 整车 5 自由度模型 图 2 整车模态分布 2.2 车身结构设计 2.2.1 车身截面、接头设计 接头（Joint ）和梁（Beams ）是决定整车刚度和全局模态的主要因素，它们控制着整车低频的Boom 和振动（Shake ）；截面特性（Section Property）决定了梁的特性。因此，通过对截面形状、厚度以及结 构特性的分析，在汽车概念设计阶段，初步估计和评价标杆样车的主要承载结构的抗弯、抗扭模量、截 面面积，对整车的部件的设计和结构改进有着重要的指导意义。IDEAS CAE 提供了丰富的截面库，同 时，允许用户建立任意形状的梁截面，根据下式计算梁的截面属性： 图 3 Ideas 中梁截面计算公式 明威科技 Tel:0431 Email：info@ 明 威 科 技 图 4 Ideas 中梁截面计算 图 5 Ideas 中梁截面计算 2.2.2 车架、车身模态分析