CAE技术在车辆设计开发中的应用探究

2017-08-10

中国设备工程 2017年15期

（河北工业大学机械工程学院，天津 300131）

CAE技术在车辆设计开发中的应用探究

王金刚，李春玉

（河北工业大学机械工程学院，天津 300131）

为有效解决车辆设计中的传统问题，也就是在设计的时候往往对产品性能影响较大的结构的考虑不足，使得设计的中、后期要予以多次的反复修改，把CAE技术引进车辆设计开发过程中。文章先论述CAE技术对车辆设计和开发的意义，继而研究分析参数化建模以及网格变形等技术的应用，分析用CAE技术在车辆设计中提取设计变量的方法。结果显示，CAE技术可以实现CAE驱动设计，可有效缩短产品的设计开发周期。

CAE技术；车辆设计；参数化建模；网格变形

目前汽车市场的竞争压力加剧，对于汽车的需要也不在不断的提高，基本需求如可靠性、安全性与NVH等必须满足，同时还需要缩短开发时间，最大限度的降低汽车成本，以获取最大的利润。CAE技术具有分析计算的功能，能够非常合理迅速的制定一些优化方案，进而能够实现轻量化。这样CAE技术也能解决实际的问题。在汽车的结构设计中，CAE技术应用的越来越广泛。设计师可以结合自身经验来建立模型、优化分析和CAE分析。同时CAE分析模式改变了以往传统的模式，而可以被看做是一种验算模式，能够多次进行迭代，最后找到最优的解决方案，给设计带来更多的可能，优化不理想模型所存在的问题，实现真正的CAE技术的驱动设计。

1 CAE技术对车辆设计开发的主要意义

1.1 增强车辆设计研究的效率，缩短开发的周期

研究车辆设计时，为了使得一些现有问题能够在设计的最初阶段充分显现，可以借助于CAE技术来对汽车的动力学进行分析和仿真探究，主要可以对其安全性能以及噪音振动等方面进行重点分析，这样就能够将问题第一时间解决。基于此，相关设计者就可以结合所发现问题对汽车的设计方案予以改进，能够对车辆性能明显进行优化，另外还可以在一定程度上减少开发的时间。

1.2 利用模拟样机来有效节约设计成本

对于车辆设计可以有效利用计算机，将车辆图像在计算机中模拟出来，这样有利于研发车辆的工程师和有关设计者按照这一模型进行各种各样的分析，同时优化设计的方案，借助于科学技术的数字化来逐步取代以前实物样机的测试。对样机进行模拟，可以看做是一个解析系统，而且这个解析系统会对生产以及设计产生影响，可以在相当大的程度上减小车辆在设计开发上的难度，减短生产的周期，还可有效增强车辆的质量与性能。

1.3 统一平台，利用多方技术共同作用，制出好车

在当前这个阶段，在仿真基础上能够实现很多的CAE技术，也就是用于设计车辆以及开发等地方。这样就会让计算结果较为片面，从而产生一定的误差。但是，要想使结果更加准确，可以构建一个由科学合理、统一协调的多学科仿真平台，进而实现CAE分析和研究，同时能够综合考虑单一模型这方面问题的影响，继而能生动、形象的模拟车辆运行的过程、形态，以提升车辆制作精度与可靠性。

2 车辆设计中广泛应用CAE技术

2.1 用参数化的建模技术对设计变量予以设置

参数化建模软件可以将车身设计主断面的结构转变为参数化模型。这种参数化模型在建立的时候可以结合一些手段，比如：点到线到截面到接头等。具体如下图1中所示，这个参数化模型会随着参数的改变而不断地变化。白车身线条简单，可以形成有限元模型。对于变化过程中各个数据的变化，可以选择最优的参数组合，进而得出最佳解。

图1 参数化模型示意图

2.2 利用网格变形技术设置设计变量

此处采用的技术主要是利用网格的变形软件，然后将车的关键性指标定为相应的参数，例如：车模型的拉伸、移位以及投影等指标。具体详见下图2中所示。通过对这部分参数进行模块控制，进而来控制各种形式的计算模型，这个规模的级别各异，主要有部件级、车身级以及整车级。分析模型的同一部位，对morphing部位分析，继而能够达到多学科的综合优化目的。