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在汽车零部件优化设计中的应用,技术在汽车轻量化设计中的应用

2019年6月1日 - 奥门新浦京的网址
在汽车零部件优化设计中的应用,技术在汽车轻量化设计中的应用

CAE 本事的运用范围很广, 发展也非常的慢,CAE
本领的魔法首要反映在成品的模子建构、工程深入分析、模拟仿真和优化规划等多少个地方。

表四 新支架应力分析结果 单位:MPa

3.2 在内燃机零部件轻量化设计中的应用

三 原支架强度总结结果

经过,CAE
本领在各个风味车的车架的轻量化设计然究中获取了宽广的选用,并收获了显效。

表伍 支架优化前后品质比较

3.3 在车架结构轻量化设计中的应用

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CAE
软件集成了有限元法、数值解析、优化规划、图像管理、工程工学、人机智能工程等多样本领世界,是一种综合性、知识密集型音讯产品,其中相比较著名的有Nastran、Ansys、Abqus、Algor、Marc、Strand7等。两千 年以来,CAE
软件在功用、质量、前后管理本事、单元库、解法库、材料库等地点进一步健全,
版本不断更新, 用户分界面和数码管理本事等位置已臻于成熟,
消除了过多事实上中国人民解放军海军事工业程大学业程须要消除而理论剖判又无所适从消除的繁杂难题。

依照上述拓扑优化结果云图,建设构造了二种新支架的几何模型,如图八、图九 所示。

CAE
才能能够按指标分为静态深入分析、动态深入分析、可相信性剖判和优化深入分析;依照商量对象的情理属性,
CAE
又可以分为静力计算、重力总计、运动计算、疲劳总括、热剖判、流体深入分析、塑性深入分析及噪声深入分析等。

图二 原支架有限元模型及负荷图

综合国内外已经进展的钻研,接纳CAE
本领在小车结构轻量化的理论钻探和实际行使都拿走了严重性的拓展。无论是从方案设计、方案评价、模型创建、工程剖判等众多上边落到实处对小车零件的简洁、轻质、整合,依然对轻量化后小车的主宰牢固性、强度和刚度、行驶安全性、乘坐舒适性等质量目标进行分析与商酌,最终都落到实处缓慢解决型小车车质量,提风云资本创始合伙人高燃油经济性,
减少排泄污染的对象。显示了CAE 手艺在汽车研究开发进度中的功用日益主要。

由图五的拓扑优化结果,构造建设新支架有限元模型,对其开始展览强度校核,新支架应力结果如表肆所示。由于新支架应力值仍旧一点都不大,因而能够再一次实行拓扑优化,优化模型如图6所示,在那之中卡其灰为非规划区域,黄绿为宏图区域,优化结果如图七 所示。

选择优化规划的不二等秘书技在满意设计、成立、使用的牢笼原则下,
对产品的组织、工艺参数、结构造型参数举行优化规划,
使产品结构性子、工艺技术进程抵达最优。

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CAE ( Computer Aided Engineering, 计算机帮助理工科程师程)
才干是计算机能力和工程分析技能相结合变成的新兴技能,它的理论功底是有限元法和数值深入分析方法。

表5 给出了原支架与方案壹、方案二及最优方案在三种工况下的Von Mises
应力相比较及品质景况。

发动机是一体小车的重力来自,随着新型汽车的缕缕进化,对发动机的渴求也更高,须求当代内燃机有高功用、高可信性、体积小、品质轻的还要要求有低燃油消耗率和低排泄等。内燃机作为小车最为主要的大总成之一,缓和内燃机的成色对下落小车本身重量也根本。从总的趋势上看,斯特林发动机一贯在向着轻量化的大势前行,CAE
技能在内燃机设计领域也得到布满应用。

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二.三 结构优化规划

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4 结语

1 概述

一 CAE 的技能概述

8 小结

车身结构的轻量化对汽车节能和环境保护具备至关心重视要意义。据总括,客车、小车和诸多专项使用小车车身的质量大抵攻克整车自个儿品质的四成~五分之三。缓慢解决型汽车车自身的材料,1方面节约了原料,下落了小车的生产开销,另壹方面也回落了燃油消耗,有利于环境保护。随着计算机技巧的开采进取,
CAE
技术在车身轻量化设计上收获了广阔的选择。以下文献表明了车身设计轻量化的潜在的能量。

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布局优化平日包含的断面优化、几何优化、拓扑优化、结构类型优化多少个档案的次序。

图二 为原支架的有限元模型及负荷图,该支架选择QT450
铸造而成,共划分节点42110 个,单元1824四一 个,其材料参数如表壹所示。支架前视图中的6 个孔与油箱托架相连,承担油箱的份量,后试图中的5个沉孔与车架纵梁固定,为约束点,成效在支架上的持筹握算载荷如表二所示,共有二种工况。

在今世汽车工业中,CAE 手艺在汽车安排中拿走了大规模的利用,运用CAE
才能能够兑现小车的轻量化设计、创建。轻量化的一手之一就是对小车完全组织举行辨析和优化,达成对小车零部件的轻松、全体化和轻质化。

在工况一的功效下 在工况2的功能下

2.2 仿真

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图片 9

行使移动/ 引力学的评论和章程, 对由CAD
实体造型设计出的部门、整机举行移动/
重力学仿真,并付出机构、整机的活动轨迹、速度、加快度以及动反力的尺寸等。

表1 支架材质参数

CAE
技巧的拓扑优化在斯特林发动机零部件轻量化设计中采纳已经比较成熟,更遍布的使用还会有待进一步商量。

几何模型前视图 几何模型后视图

三 CAE 手艺在小车轻量化设计中的应用

开始展览拓扑优化时,首先必要填写原本的塑身空间并明显支架的安插空间和非安排空间。图4中灰褐区域为非规划空间,浅浅绿部分为规划空间,用四面体网格对模型举行划分。由于我们的靶子是压缩原支架的轻重,并保持原支架的刚度,因而拓扑优化的宏图目的为最小化支架的柔度,约束原则为体量分数小于0.35。用OptiStruct
软件举办拓扑优化,其优化结果如图伍 所示。

可知,选拔CAE
技巧整合有限元法正变为车身轻量化设计中结构优化的重中之重花招,更布满的施用还恐怕有待进一步研商。

通过OptiStruct 求解后,形状变化最大片段由原本的15mm 变为1贰.7肆7mm
,形状优化后的支架比拓扑优化获得的支架品质越来越小,设计更客观。

CAE 的主旨才具为有限元技巧与虚拟样机的活动/
重力学仿真手艺。首如若用计算机对工程或制品举行品质与安全可相信性解析,对其今后的行事情状和运营行为进行模拟,及早发掘设计缺陷,并证实工程或制品未来品质的可用性与可靠性。参谋文献将CAE
定义扩大为帮助从研讨开荒到产品检验整个生产进度的管理器体系,
蕴含深入分析、计算和虚假在内的百分百研究开发活动。

图八 方案一几何模型图 图玖 方案贰几何模型图

例如Altair 公司技巧报告诉申诉明,在SUV
车架轻量化设计中,结构优化本领涵盖了从概念设计阶段、基本设计阶段到详细设计阶段的全流程,
在概念设计阶段起重大职能的拓扑优化技能获得了全面体现。孙金等钻探了薄板应力约束下的变厚度法,并付出了运输车车架拓扑优化规划的工程运用实例。刘齐茂基于ANSYS
软件,综合使用拓扑及尺寸优化技艺,
对某型载货车车架车架实行拓扑优化获得车架最优拓扑形式,
依照车架最优拓扑格局分明横梁的数码及遍布地点和纵梁的增高艺术,
完成了车架的轻量化设计。石琴等索求了拓扑优化规划进度中,拓扑优化模型创立、优化进度序调整制及优化结果分析与使用难点,
并在ANSYS 软件平台上进展了CAE
软件包的一次开垦,设计了集装箱半挂车车架优化规划专项使用软件模块。在结构划设想计的发端阶段引进拓扑优化理论,先对协会举行布局优化,以博得较合理的开始结构方案,
再经过组织参数优化规划,
得到满意其强度和刚度及安插工艺须要的最优布局。杨树凯等用变密度法创建了汽车支架结构拓扑优化数学模型,
利用有限元法举行了组织拓扑优化规划。赵韩等采用有限元法对某型号半挂小车车架结构的应力遍布举行了深入分析,
产生了车架的开始设计方案,
进而从有限元深入分析的结果出发产生优化规划即轻量化设计所急需的数学模型。并在对有限元模型举行考核查证的底蕴上,
建议了该车架结构的轻量化设计方案并开始展览了有限元强度深入分析,鲜明了较合理的车架轻量化设计方案。桂良进创建了某型载货车车架结构的应力分析有限元模型,总计了各样工况下车架结构的应力布满并以已有个别试验结果开始展览表达。在此基础上,提议该车架结构的轻量化设计方案,
并举行了修正设计后车架结构的强度深入分析,明确了客观的轻量化设计方案。苏庆等利用CAE
技巧对某微型地铁车架进行了协会分析与优化规划,首先总计了静力挠度,
静态屈曲、扭转刚度, 然后求解了原有模态,
并在此基础上获得杰出道路激励下的刹那态响应, 其余,
还对车架规范薄壁梁结构的耐撞性吸能特性开始展览商讨, 合作实验数据,
对车架结构实行了客观的精雕细刻设计,
实现了知足轻量化须要的静态优化规划目的。

表二 支架的测算工况及负荷 单位:N

从小车的总体布局来看,占汽车总性能比例不小的有的有车身、斯特林发动机、底盘、内外器具等。由此,车身、底盘、内燃机等部件的轻量化探讨对缓和型汽车车总性能存在不小潜能。

四 支架拓扑优化规划

动用CAE 本领的拓扑优化的主意,能够在刚度不改变的意况下缓解质量,
或质量不改变的状态下抓实刚度。这段时间,拓扑优化措施重要选用于主轴承盖、连杆盖等的优化规划,并获得了令人知足的作用。奥迪(奥迪)集团选择拓扑软件拓展发动机支架优化,
在自振频率升高百分之三10的动静下品质缓慢解决了2/10;
而在进行主轴承盖优化规划中,品质缓慢消除了22%。Ford公司动用拓扑优化手段使连杆应力下跌了一7%而保持品质不改变。国内创建商也早就起首使用拓扑优化结构划设想计,如第FAW车公司公司在某流行内燃机设计中,
应用拓扑优化对使用经验方法设计的引擎支架实行了组织优化,在最大应力不改变、刚度升高的事态下,零件的材质缓慢消除了十分之一。王宏雁等接纳拓扑方法优化、创新结构,并透过有限元结构模拟计算,对小车电动机罩进行了优化规划。张宇先生等使用有限元法以某型多职能乘用车为对象,结合材料替换与结构革新对该车的引擎罩内、外板进行轻量化设计,同期化解了实车碰撞试验中内燃机罩铰链发生断裂的问题。轻量化设计的斯特林发动机罩板满足了静态刚度设计须求及整车耐撞安全品质,电动机罩内、外板的减腹效果分别为四陆.
3八%和50.1八%。李红建等以外燃机罩内板动态优化为指标,介绍了拓扑优化规划的着力进度,对优化前后结构天性举办自己检查自纠深入分析,产品试验数据证实了优化结果的可信性。

六 拓扑优化支架的模样优化

YANG 等研讨了依据有限元软件MSC /NASTRAN和CSA / NASTRAN
的轿车车身、底盘、焊点地点等的拓扑优化规划难题,通过优化规划,在缓慢消除其车身重量的前提下,
并升高其承载工夫和抗变形本领。WANG
等使用有限元法与拓扑优化措施对小车车身的增高筋部分举行了优化,通过优化规划,在既定开销下汽车车身的总体刚度能够收获丰盛的增进。

此最优方案已经经过试验部的试验证实,并安装在一部分车的型号上,经过用户选择试验,未有生出别的难题,评释上述优化的没有错和实用性。

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