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浅谈CAE 技术在汽车轻量化设计中的应用 　　着眼于可持续发展，节约资源、减少环境污染成为世界汽车工业界亟待解决的两大问题。据统计，汽车每减重10%，油耗可降低6%～8%，因此减轻汽车重量是节约能源和提高燃料经济性的最基本途径之一。汽车轻量化正成为21 世纪汽车技术的前沿和热点。汽车轻量化有两大途径： 一是采用轻量化材料，例如采用铝合金、高强度钢材等强度更高、重量更轻的新材料;二是利用CAE 技术优化设计汽车的结构，使零部件薄壁化、中空化、小型化、复合化以及对零部件进行结构和工艺改进等以最大限度地减轻零部件的质量。以上两种途径是相辅相成的，必须采取材料替换与结构改进相结合的方法，才可能在保证汽车整体质量和性能不受影响的前提下，最大限度地减轻各零部件的质量。利用CAE 技术实现汽车轻量化有着传统设计手段不可比拟的优越性。 　　从汽车的总体构造来看，占汽车总质量比重较大的部分有车身、发动机、底盘、内外装备等。由此，车身、底盘、发动机等部件的轻量化研究对减轻汽车总质量存在很大潜力。1 CAE 的技术概述CAE ( Computer Aided Engineering， 计算机辅助工程) 技术是计算机技术和工程分析技术相结合形成的新兴技术，它的理论基础是有限元法和数值分析方法。有限元法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连结在一起的单元的组合体。由于单元本身又可以有不同形状，因此可以模拟几何形状复杂的求解域。数值分析方法是研究适合于在计算机上使用的实际可行、理论可靠、计算复杂性好的数值计算方法，近40 年来，数值分析迅速发展并成为数学科学中的一个独立学科。 　　CAE 的核心技术为有限元技术与虚拟样机的运动/ 动力学仿真技术。主要是用计算机对工程或产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实工程或产品未来性能的可用性与可靠性。参考文献将CAE 定义扩展为支持从研究开发到产品检测整个生产过程的计算机系统， 包括分析、计算和仿真在内的一切研发活动。 　　CAE 软件集成了有限元法、数值分析、优化设计、图像处理、工程管理学、人机智能工程等多种技术领域，是一种综合性、知识密集型信息产品，其中较为著名的有Nastran、Ansys、Abqus、Algor、Marc、Strand7 等。2000 年以来，CAE 软件在功能、性能、前后处理能力、单元库、解法库、材料库等方面进一步完善， 版本不断更新， 用户界面和数据管理技术等方面已臻于成熟， 解决了很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。 　　CAE 技术可以按目标分为静态分析、动态分析、可靠性分析和优化分析;根据研究对象的物理属性， CAE 又可以分为静力计算、动力计算、运动(干涉)计算、疲劳计算、热分析、流体分析、塑性分析及噪声分析等。 　　2 CAE 技术应用范围 　　CAE 技术的应用范围很广， 发展也相当快，CAE 技术的功能主要体现在产品的模型建立、工程分析、模拟仿真和优化设计等几个方面。 　　2.1 工程数值分析 　　运用工程数值分析中的有限元等技术分析计算产品结构的应力、变形等物理场量， 给出整个物理场量在空间与时间上的分布，实现结构的从线性、静力计算分析到非线性、动力的计算分析。分析内容包括静力分析和动力分析两个方面。静力分析通常包括： 线性、(材料、几何、状态)非线性静力分析;动力分析通常包括： 稳态动力分析、瞬态动力分析、谱分析。 　　2.2 仿真 　　运用运动/ 动力学的理论和方法， 对由CAD 实体造型设计出的机构、整机进行运动/ 动力学仿真，并给出机构、整机的运动轨迹、速度、加速度以及动反力的大小等。 　　2.3 结构优化设计 　　运用优化设计的方法在满足设计、制造、使用的约束条件下， 对产品的结构、工艺参数、结构形状参数进行优化设计， 使产品结构性能、工艺过程达到最优。 　　结构优化通常包括的截面优化、几何优化、拓扑优化、结构类型优化几个层次。 　　3 CAE 技术在汽车轻量化设计中的应用 　　在现代汽车工业中，CAE 技术在汽车设计中得到了广泛的应用，运用CAE 技术可以实现汽车的轻量化设计、制造。轻量化的手段之一就是对汽车总体结构进行分析和优化，实现对汽车零部件的精简、整体化和轻质化。 　　利用CAE 技术， 结合有限元法与结构优化方法，对零部件进行结构优化，是实现零部件轻量化的一个重要研究方向。本文从车身结构优化设计、发动机零部件优化设计、车架结构优化设计三个方面讲述了CAE 技术在汽车轻量化设计中的应用。 　　3.1 在车身轻量化设计中的应用 　　车身结构的轻量化对汽车节能和环保具有重要意义。据