CATIA运动仿真在汽车设计中的应用分析

李岩

【摘  要】近些年来，世界上汽车行业的竞争越发激烈，竞争的环境也逐渐恶劣，这导致产品的更新换代以及当下的实际研发情况都出现了不小的问题。CATIA在汽车风格造型、车身设计、发动机引擎开发等等方面提供了非常完善的解决方案，能够有效的降低汽车研发过程中的复杂性以及工作整体量，这能够为新产品赢得更多的市场机会。

【关键词】CATIA;运动仿真;汽车设计;应用

随着企业行业的快速发展和進步，汽车设计与研发已经进入了全新的虚拟时代，汽车设计过程中可以通过电子虚拟装配以及运动仿真模型的建立，从而更加只管的装配流程，为汽车的运动干涉进行检查。这一步骤的主要目的就是实现对于车轮动态跳动时系统参数的变化情况，从而为企业的整体质量改进提供一种有效的方式和方法。本文主要根据运动仿真、电子虚拟装配等等特点，寻找汽车总体设计当中运动仿真的实际应用方式。

1.CAE技术在汽车产品中的应用现状分析

CAE技术是指计算机技术和工程分析技术相结合之后形成的一种现代化分析技术，主要的理论基础就是有限单元法。有限单元法的应用方向是解决工程问题当中的数据分析方式，具体来说就是将连续的求解域离散为有限并且互不重叠的单元，根据单元的实际类型、约束方式、荷载大小、边界条件等等关系来建立物理方程。这一方式需要借助于变分原理或者加权余量法，从而将微分方程进行离散求解[1][2]。

在现代汽车研发与设计的过程中，CAE技术已经可以应用到各个环节当中，这其中包括汽车设计、研发、制造等等环节。使用CAE技术之后，能够对车身震动、刚度、碰撞等等性能进行仿真模拟，从而进行更加真实的分析与计算。产品设计在开展的过程中则是需要注意保证汽车零部件使用性能不降低的情况下来对汽车进行轻量化设计。

2.汽车产品设计的基本原则

汽车产品在开展设计的过程中，基本的原则就是遵循正确大小、正确拓扑结构、正确材料、正确设计细节四个方面。

首先正确的大小这一要求主要是应用于整个车辆的参数匹配步骤，也就是在设计的过程中需要保证车辆尺寸、质量可以满足整体设计需求，同时还需要油量以及质量等等方面可以保证匹配，实现最佳的运行性能要求[3][4][5]。

其次则是拓扑结构，这一结构主要的目的就是保证各类零件的结构强度、力学性能满足实际要求，从而实现对于汽车产品设计的各方面性能考量。

再次则是需要在设计的环节开始考量材料对于汽车造成的影响，一些质量更轻的材料能够让汽车以更高的速度行驶，而相对来说，这种质量更轻的材料抗撞击性也就会有所下降。也就是说，选择材料的过程中需要考虑到综合产品加工技术对于材料造成的影响，所选择的材料必须要保证符合汽车产品的实际加工工艺以及加工方式。

最后则是注意设计细节，正确的设计细节当中包括汽车产品零件质量分配、对接接头结构与特性、连接方式、制造成本等等方面的要求。对于汽车零部件来说，开展设计时需要考虑到多方面的影响，从而保证协调，尽量将安全与性能作为主要的方向。

3.有限单元法在汽车设计中的应用

通过CATIA技术，可以建立准确的CAD模型，同时结合有限元分析软件，就能够对汽车产品在实际状态下的应力应变情况进行模拟与分析，明确这一产品是否还有进一步优化的空间。如果应力小于产品材料的疲劳极限，那么就意味着产品还有进一步优化的空间。在这一环节当中，未来需要注意合理建立研究对象的有限元模型，其中包括材料属性、单元类型等等方面的内容。同时边界条件和分步骤也需要进行对应的设置，从而更好的保证设计质量。一般来说，建议在这一过程中使用六面体单元，边界条件则是尽量与实际情况保持一致，如果无法保持一致，那么就可以使用圣维南原理来进行近似处理。条件在允许的情况修改，则是可以根据实验结果来进行对比，将其作为验证有限元分析结果的准确性，为后续的设计做好准备。

4.电子虚拟装配及运动仿真在汽车设计中的运用

4.1电子虚拟装配在汽车设计中的运用

电子虚拟装配属于零件模型给恩据约束的关系来进行定位的阶段，属于根据产品设计中的精度特性、形状特性来设计的。在计算机上，可以模拟出产品三维装配的实际过程，同时用户可以开展交互的方式来进行产品三维模拟装配情况，这能够更好的校验出产品可装配性能。可以通过虚拟装配汽车，来快速并且准确的完成整车总体设计工作，最终实现总装配图、总布置图的绘制核对以及对空间的校核。

4.2运动仿真在汽车设计中的运用

运动仿真是指通过设立运动机构模型，探究具体的运动规律，分析零件的实际运动情况，从而掌握机构当中零件的力矩、反作用力、加速度、速度等等内容，这一步骤的分析结果就是可以修改零件结构设计，或者说调整零件实际材料质量与材料情况。CATIA当中，运动分析模块可以直接选择建模参数进行详细的分析，从而更好的完善运动机构仿真分析。在计算的过程中，还可以根据后传动轴、前驱动轴、前轮转动、跳动来制作出对应的运动轨迹图，运动轨迹图的出现能够根据运动轨迹来进行运动仿真，找到汽车实际布置过程中的不足之处，这样在制造完成之后，不仅仅汽车可以实现智能化，同时也能够提升汽车整体附加价值。

结束语：

CATIA软件技术的使用对于汽车的设计研发工作来说，意味着更好的发展方向已经出现。未来需要将设计理念进行转化与提升，尤其是对于汽车的制造过程来说，可以通过软件的分析方式来进行直接观察，了解了部件结构的设计，那么也就可以让汽车的设计分布逐渐走向合理化，这能够更好的缩短汽车设计与生产的周期问题。

参考文献：

[1]柯磊，黄喜，陈婷. CATIA运动仿真在汽车设计中的应用[J]. 中国战略新兴产业，2017，（16）：155.

[2]张军，朱磊. CATIA运动仿真在汽车转向系统设计中的应用[J]. 产业与科技论坛，2016，15（05）：52-53.

[3]葛锋，任丙成，冯丽芳. 基于CATIA的运动分析在汽车刮水器设计中的应用[J]. 汽车电器，2015，（08）：18-22.

[4]刘轶娅. 电子虚拟装配及运动分析在汽车总体设计中的应用[J]. 科技创业月刊，2013，26（06）：172-173.

[5]孔薇，晏双鹤，杨维新. CATIA虚拟装配及运动仿真在汽车油门控制器设计中的应用[J]. 北京汽车，2008，（05）：32-34+37.

（作者单位：四川野马汽车股份有限公司）