车身前端工程设计过程的优化



车身前端工程设计过程的优化

汽车这种资本高度密集型产业最关注的一个问题就是前端工程设计，其旨在汽车设计初期提出相关的概念模型，判断设计实施的可行性、缩短研发周期和研发成本，同时提高整车性能并满足相关环境和安全法规。对此，提出了一个在早期设计阶段进行概念设计的新方法，通过该方法考虑车身布局和质量、刚度，对车身进行优化，为车身概念设计提供设计起点并为先进车身结构的设计提供指导原则。

前端工程设计的重点是概念设计阶段，该阶段影响设计之后的发展方向。早期设计阶段设计的概念模型由于缺乏自由度，因此不能保证之后详细设计阶段车身的结构性能，而详细设计阶段进行性能补偿的成本远高于概念设计阶段。提出了一种新方法，即将集成CAD/CAE建模方法和简化有限元模型方法应用在车身概念设计阶段。因此，建立的CAD概念模型不仅可以用于CAE分析和优化，还可以应用在其后的详细设计阶段，对CAD概念模型与CAE概念模型的相互转化进行了详细说明。简化有限元模型方法的应用实现了快速计算，如果迭代足够的次数将产生与精确模型等效的结果。将车身全局刚度和目标位置刚度设置为优化目标，建立目标函数以实现优化。给出一个实例，选取车身前部一个接头连接模型，由3个与之连接的受力杆件相互作用。参数化建模时，通过导入NASTRAN软件中的CAE模型创建一个线框模型，从其曲面形状中通过拖动边线创建分割表面。对分割表面进行自动网格划分，生成连接处的曲面网格概念模型。通过双弯曲载荷和单弯曲载荷试验，给定不同的载荷条件和边界条件，对结果优化迭代10次，并将建立的概念模型与精确模型对比。结果表明，误差最大为受力杆件3，约14%；误差最小为受力杆件1，约0.5%，前者用时10min，精确模型则花费了245min。指出若增加迭代次数，概念模型精度将得到提高。

Wookjin Na et al. SAE 2014-01-0388.

编译：王维