汽车优化设计中CAE技术的应用.pdf

科科科科科科科科科科科科科科技技技技技技技技技技技技技技信信信信信信信信信信信信信信息息息息息息息息息息息息息息 工程技术 汽车优化设计中 CAE 技术的应用 聊城大学汽车与交通工程学院 朱 颜 ［摘 要］本文 阐述了 CAE 技术的基本概念, 说 明了采用 CAE 软件在进行汽车产品优化设计过程 中的作用，并从零 部件整合和车身结构优化、发动机零部件分析 、设计布局分析 、碰撞安全性分析 、噪声振动分析 、整车 系统性能仿真分 析六个方面讲述了 CAE 技术在汽车优化设计 中的应用。 ［关键词］CAE 优化设计 仿真分析 1. CAE 技术的概述 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 CAE ( Computer Aided Engineering, 计算机辅助工程) 技术 优化设计 的一个重要研究方 向。 目前结构断面优化的理论和方 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 法已比较成熟 ，形状优化有了很大发展，人们 已经把研究重点转 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 向拓扑优化等更高层次的结构优化问题 。结构拓扑优化的主要 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 研究对象是连续体结构 ，连续体结构的拓扑优化设计具有两个 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 不同的求解体系，国内学者主要研究局部应力约束下的强度拓 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 扑优化设计 ，而国外学者主要研究全局体积约束下的刚度拓扑优 [2] 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 化设计 。YANG 等 研究了基于有限元软件 MSC ／NASTRAN 和 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 CSA ／NASTRAN 的汽车车身 、底盘 、焊点位置等的拓扑优化设 一个独立学科 。 计问题 。WANG 等[3]利用有 限元法与拓扑优化方法对汽车车身 CAE 的核心技术为有限元技术与虚拟样机的运动 / 动力学 的加强筋部分进行 了优化，通过优化设计 ，在既定成本下 ，汽车 [4] 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 车身的整体刚度能够得到充分的提高。VOLZ 等 介绍了在产品 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 开发 的初期应用线性拓扑优化及非线性形状优化相结合研究 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 车身碰撞性能的方法 。杨树凯等[5]用变密度法建立 了汽车支架 献[1]将 CAE 定义扩展为支持从研究开发到产 品检测整个生产 结构拓扑优化数学模型 ，利用有 限元法进行 了结构拓扑优化设 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 计 。高云凯等[6]把拓扑优化设计理论引入某 电动改装车的承载 动。 式车身设计 ，实现 了多工况 、多状态变量条件下 的拓扑优化设 CAE 软件集成 了有 限元法 、数值分析 、优化设计 、图像处 计 ，确定 了下车身的最佳结构方案 。可见 ，拓扑优化正成为汽车 理 、工程管理学 、人机智能工程等多种技术领域, 是一种综合 结构优化的重