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CAE技术在白车身设计开发中的应用

时间:2022-03-18 08:16:56  浏览次数:

摘 要:本文基于CAE仿真技术,在设计阶段对白车身重要的模态、静刚度性能指标进行分析确认,并在后期的试制车辆上进行试验验证,通过试验验证说明,CAE技术在车身设计阶段可以非常有效的指导设计工作,并能够较为准确的对白车身性能进行预测。

关键词:试验 车身 CAE

引 言

白车身静刚度主要包括静态抗弯曲和静态抗扭转刚度,在很大程度上决定着车身的品质。在产品设计过程中,CAE的分析技术越来越多的介入到产品的设计开发中,对产品的性能进行预测,以确保后期产品不会出现较大的质量问题,本文主要介绍CAE技术在车身设计开发过程中的应用情况,通过后期的实物验证,CAE技术完全可以指导设计阶段的车身刚度设计工作。

1有限元分析技术及使用软件简介

随着数值分析理论的发展,CAE技术在现代汽车产品设计中扮演着越来越重要的角色。本篇文章所介绍的相关CAE分析主要使用HyperMesh做前处理,使用NASTRAN求解,HyperView查看分析结果。

2某款轿车车身设计开发

2.1 白车身性能指标分解

根据标杆车白车身试验数据和以往的分析数据库,对新研发的白车身模态、白车身静刚度的设计目标进行分解确认。

一般情况下白车身模态主要对车身的三阶整体模态进行考察,分别为基频、一阶扭转、一阶弯曲。本款车型分解的模态指标如下表1所示:

白车身静刚度主要考察车身的扭转刚度和弯曲刚度,主要考虑车身承受路面剪切載荷和垂直跳动载荷的能力,因此合适的白车身刚度是一个非常重要的设计指标,某款A级轿车白车身刚度的设计指标设定如下表2所示:

2.2 白车身相关性能分析确认

经过主断面的分析确认,在某阶段的设计数模基础上进行白车身的性能指标分析确认。使用HyperMesh建立分析的FE模型,如下图1所示:

以上述模型为基础,对白车身模态、刚度进行分析确认。某款A级别轿车白车身模态分析结果如表3所示:

从分析结果上看,这款轿车的白车身模态均达到设计目标要求。

同时对白车身刚度进行分析确认,考虑动载系数,弯曲刚度每个座椅安装位置按照170kg的载荷进行加载,分析工况如下图2所示:

从分析结果上看,这款轿车的白车身扭转刚度和弯曲刚度均达到设计目标要求。

2.3 试验验证

利用CAE技术对白车身性能进行了分析,模态和刚度均达到了设计的目标要求,但是生产出来的车身是否刚度和模态达到设计目标要求,还需要借助试验手段来进行验证。采用小批量试制阶段的白车身进行相关的试验验证工作,白车身模态试验如下图3所示:

借助绳索(有一定的弹性)、木梁、千斤顶固定白车身,近似模拟自由状态,在此情况下进行白车身模态试验,试验结果如下表5所示:

从试验结果上看,白车身模态均达到设计目标要求,设计阶段借助CAE技术分析得到的白车身模态与试验的差异为2.53%、1.65%、1.99%,差异均在5%以内,设计阶段的分析精度较高。

从试验的结果上看,白车身扭转刚度和弯曲刚度均达到设计目标要求,并且扭转刚度和前期CAE分析结果非常相近,只有1.49%的差异,弯曲刚度因试验边界条件和前期CAE分析边界条件有略小的差异,误差在7%左右,综合来看,分析精度还是可以接受的。

通过白车身模态和刚度的试验,可以看出,在车身设计阶段,借助CAE技术,可以较为有效的对车身相关性能进行预测分析。

3 结论

如果在设计阶段就能够对产品的性能进行预测,并且消除潜在的风险,那么后期产品出现问题的可能性会大为较低,同时会省去相当一部分的设计成本和试验费用。为这个问题提供解决思路的就是日益成熟和完善的CAE技术。

本文通过某款A级轿车车身开发的实例,从白车身的模态刚度性能入手,简单介绍CAE技术在车身设计开发中的应用情况。CAE技术在现代的产品设计中所起到的作用越来越重要。

参考文献

[1] 郭乙木,万力,黄丹.有限元法与MSC.Nastran软件的工程应用[M].北京:机械工业出版社,2005.8

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