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汽车副仪表板多学科优化的CAE应用

作者：汪念王凡陶钧

来源：《汽车科技》2020年第02期

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摘要：基于汽车内饰件设计中的性能要求，需要对副仪表板同时进行模态和头碰CAE分

析。一般情况下，一阶模态为Y方向横摆，提高模态需要加强副仪表板连接地板的支架;头碰

反加速度往往偏高，需要减弱副仪表板连接地板支架。振动和碰撞安全的优化区域重合，优化

方向相反。使用多学科CAE优化的方法，可以实现两个性能协同优化，同时满足性能目标。

关键词：振动;碰撞安全;优化

中图分类号：U463.7文献标识码：A文章编号：1005-2550（2020）02-0055-04

汪念

毕业于武汉理工大学，现就职东风延锋汽车饰件系统有限公司，任CAE工程师，主要研

究方向为汽车内饰CAE。

项目1背景

随着汽车的不断普及，消费者对汽车性能的要求越来越高，这使得汽车的设计者需要不断

优化汽车的各种性能来提高汽车品质，以迎合消费者的需求。在汽車的众多性能中，副仪表板

的振动和碰撞安全非常重要，直接影响舒适性和乘员安全。本文以某量产车型为例，讨论如何

在汽车副仪表板的设计兼顾这两种性能。

为了满足振动、碰撞安全要求需要进行模态和头碰CAE分析，并成满足以下要求：1.一

阶模态≥34Hz;2.头碰的3ms反加速度≤72g。

一阶模态频率太低，副仪表板会和发动机的怠速频率共振，产生异响，影响乘坐舒适性和

驾驶体验。一般要求一阶模态频率大于汽车怠速激励频率即≥34Hz，这就需要提高结构刚度以

提高模态。

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头碰的反加速度太高会增加在碰撞过程中副仪表板对乘员造成的伤害，按照内突法规

GB_11552要求，需要头碰反加速度不大于80g，考虑到CAE分析误差，一般在头碰CAE分

析中要求头碰的3ms≤72g。为了降低头碰反加速度，往往需要降低结构刚度。

在设计中需要兼顾到模态和头碰的平衡，而这两种性能的优化方向反，且影响区域重合。

要解决这种问题，就需要利用多学科CAE优化，同时满足这两种性能要求。

分析过程2

模型建立2.1

副仪表板总成由多个零件组成，通过HYPERMESH进行几何清理后分别划分网格，网格

类型为壳单元;然后将各零件进行装配，为保证计算的精确度，需要调整各配合边界，确定网

格无初始穿透。

副仪表总成的各零件之间固定方式很多，一般来说，由焊接、螺钉、卡扣、定位等方式连

接。按照副仪表板和周围环境件的固定方式，对边界条件进行相应约束。

材料2.2设置

副仪表板使用的材料按照零件不同，有PP、ABS、PC/ABS、钣金等，并且相同种类的塑

料，牌号也非常的多;同理，饭金材料也有很多不同牌号。

模态CAE分析软件为OptiStruct，材料卡片都采用线性材料Matl，主要参数为弹性模量、

密度和泊松比。

头碰CAE分析软件为LS-DYNA，材料卡片采用弹塑性材料Mat24，它除了可以定义弹性

模量、密度和泊松比，还可以定义不同应变率下的应力应变曲线和材料失效，以满足头碰这种

高速非线性分析的要求。

工况2.3设置

模态CAE分析采用汽车行业常用的兰索斯法（Lanczos），分析软件为Altair公司的

OptiStruct，软件中载荷类型为Eigrl，一般需要求解前几阶模态。

头碰CAE分析中，按照GBll552的规定，根据后排H点在副仪表板上划出头碰区域，然

后在该区域中选出几个头碰点，再使用半径82.5mm的刚性球头以24.1Km/h初速度对头碰点

进行撞击，计算球头的反加速度。设置副仪表板自身的接触为自动单面接触;设置球头和副仪

表板之间的接触为自动面面接触。

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分析结果评价3

初始3.1CAE结