并给出机构、整机的运动轨迹、速度、加速度以及动反力的大小等

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2018年12月22日

  着眼于可持续成长,节约资本、削减情况污染成为世界汽车工业界亟待处理的两大问题。据统计,汽车每减重10%,油耗可降低6%~8%,因而减轻汽车分量是节约能源和提高燃料经济性的最根基路子之一。汽车轻量化正成为21 世纪汽车手艺的前沿和热点。

  汽车轻量化有两亨衢子:一是采用轻量化材料,例如采用铝合金、高强度钢材等强度更高、分量更轻的新材料;二是操纵CAE 手艺优化设想汽车的布局,使零部件薄壁化、中空化、小型化、复合化以及对零部件进行布局和工艺改良等以最大限度地减轻零部件的质量。以上两种路子是相辅相成的,必需采纳材料替代与布局改良相连系的方式,才可能在包管汽车全体质量和机能不受影响的前提下,最大限度地减轻各零部件的质量。操纵CAE 手艺实现汽车轻量化有着保守设想手段不成对比的优胜性。

  从汽车的总体机关来看,占汽车总质量比重较大的部门有车身、策动机、底盘、表里配备等。由此,车身、底盘、策动机等部件的轻量化研究对减轻汽车总质量具有很大潜力。

  CAE ( Computer Aided Engineering, 计较机辅助工程) 手艺是计较机手艺和工程阐发手艺相连系构成的新兴手艺,它的理论根本是无限元法和数值阐发方式。

  无限元法的根基思惟是将持续的求解区域离散为一组无限个、且按必然体例彼此保持在一路的单位的组合体。因为单位本身又能够有分歧外形,因而能够模仿几何外形复杂的求解域。数值阐发方式是研究适合于在计较机上利用的现实可行、理论靠得住、计较复杂性好的数值计较方式,近40 年来,数值阐发敏捷成长并成为数学科学中的一个独立学科。

  CAE 的焦点手艺为无限元手艺与虚拟样机的活动/ 动力学仿真手艺。次要是用计较机对工程或产物进行机能与平安靠得住性阐发,对其将来的工作形态和运转行为进行模仿,及早发觉设想缺陷,并证明工程或产物将来机能的可用性与靠得住性。参考文献将CAE 定义扩展为支撑从研究开辟到产物检测整个出产过程的计较机系统, 包罗阐发、计较和仿真在内的一切研发勾当。

  CAE 软件集成了无限元法、数值阐发、优化设想、图像处置、工程办理学、人机智能工程等多种手艺范畴,是一种分析性、学问稠密型消息产物,此中较为出名的有Nastran、Ansys、Abqus、Algor、Marc、Strand7 等。2000 年以来,CAE 软件在功能、机能、前后处置能力、单位库、解法库、材料库等方面进一步完美, 版本不竭更新, 用户界面和数据办理手艺等方面已臻于成熟, 处理了良多现实工程需要处理而理论阐发又无法处理的复杂问题。

  CAE 手艺能够按方针分为静态阐发、动态阐发、靠得住性阐发和优化阐发;按照研究对象的物理属性, CAE 又能够分为静力计较、动力计较、活动(干与)计较、委靡计较、热阐发、流体阐发、塑性阐发及噪声阐发等。

  CAE 手艺的使用范畴很广, 成长也相当快,CAE 手艺的功能次要体此刻产物的模子成立、工程阐发、模仿仿真和优化设想等几个方面。

  使用工程数值阐发中的无限元等手艺阐发计较产物布局的应力、变形等物理场量, 给出整个物理场量在空间与时间上的分布,实现布局的从线性、静力计较阐发到非线性、动力的计较阐发。阐发内容包罗静力阐发和动力阐发两个方面。静力阐发凡是包罗: 线性、(材料、几何、形态)非线性静力阐发;动力阐发凡是包罗: 稳态动力阐发、瞬态动力阐发、谱阐发。

  使用活动/ 动力学的理论和方式, 对由CAD 实体造型设想出的机构、零件进行活动/ 动力学仿真,并给出机构、零件的活动轨迹、速度、加快度以及动反力的大小等。

  使用优化设想的方式在满足设想、制造、利用的束缚前提下, 对产物的布局、工艺参数、布局外形参数进行优化设想, 使产物布局机能、工艺过程达到最优。

  在现代汽车工业中,CAE 手艺在汽车设想中获得了普遍的使用,使用CAE 手艺能够实现汽车的轻量化设想、制造。轻量化的手段之一就是对汽车总体布五分彩全天计划网站局进行阐发和优化,实现对汽车零部件的精简、全体化和轻质化。

  操纵CAE 手艺, 连系无限元法与布局优化方式,对零部件进行布局优化,是实现零部件轻量化的一个主要研究标的目的。本文从车身布局优化设想、策动机零部件优化设想、车架布局优化设想三个方面讲述了CAE 手艺在汽车轻量化设想中的使用。

  车身布局的轻量化对汽车节能和环保五分时时彩规律具有主要意义。据统计,客车、轿车和大都公用汽车车身的质量约占整车本身质量的40 %~60%。减轻汽车本身的质量,一方面节约了原材料,降低了汽车的出产成本,另一方面也降低了燃油耗损,有益于环保。跟着计较机手艺的成长, CAE 手艺在车身轻量化设想上获得了普遍的使用。以下文献证了然车身设想轻量化的潜力。

  YANG 等研究了基于无限元软件MSC /NASTRAN和CSA / NASTRAN 的汽车车身、底盘、焊点位置等的拓扑优化设想问题,通过优化设想,在减轻其车成分量的前提下, 并提高其承载能力和抗变形能力。WANG 等操纵无限元法与拓扑优化方式对汽车车身的加强筋部门进行了优化,通过优化设想,在既定成本下汽车车身的全体刚度可以或许获得充实的提高。

  FREDRICSON 等对拓扑优化设想在汽车设想中的使用作了综述, 重点引见了车身设想的拓扑优化进展和具有的问题。高云凯等把拓扑优化设想理论引入某电动改卸车的承载式车身设想, 操纵先辈的无限元阐发软件, 在电动改装轿车车身布局拓扑优化阐发中实现了多工况、多形态变量前提下的拓扑优化设想,确定了下车身的最佳布局方案,进而在此根本上成立了新的无限元模子,并进行了模态、刚度和强度阐发,设想出最终的下车身革新布局,优化后下车身质量为初始根基拓扑布局的10%。陈茹雯等操纵基于无限元法的拓扑优化手艺设想车身大骨架的拓扑布局, 对优化后的车身骨架模子进行无限元阐发,将其动、静特征参数与原设想作比力。研究表白, 经拓扑优化后的车身大骨架各项特征参数目标均有分歧程度的提高。优化后的车身刚度比原有的车身刚度提高了1.35 倍。优化后的车身质量比原有的车身质量削减了25.65%。于兴林等基于无限元法的拓扑优化手艺,将优化提前到车身大骨架的初始划分阶段, 找出其布局最优拓扑解,进行了车身布局的优化设想。最初以拓扑优化的成果为根据,开辟了一种布局更平安、更轻量化的新型的车身布局。

  可见,采用CAE 手艺连系无限元法正成为车身轻量化设想中布局优化的主要手段,更普遍的使用还有待进一步研究。

  策动机是整个汽车的动力来历,跟着新型汽车的不竭成长,对策动机的要求也越来越高,要求现代策动机有高效率、高靠得住性、体积小、质量轻的同时要求有低燃油耗损率和低排放等。策动机作为汽车最为环节的大总成之一,减轻策动机的质量对降低汽车本身分量也至关主要。从总的趋向上看,策动机不断在向着轻量化的标的目的成长,CAE 手艺在策动机设想范畴也获得普遍使用。

  采用CAE 手艺的拓扑优化的方式,能够在刚度不变的环境下减轻质量, 或质量不变的环境下提高刚度。

  目前,拓扑优化方式次要使用于主轴承盖、连杆盖等的优化设想,并取得了令人对劲的结果。

  奥迪公司使用拓扑软件进行策动机支架优化, 在自振频次提高30%的环境下质量减轻了20%; 而在进行主轴承盖优化设想中,质量减轻了22%。

  国内制造商也曾经起头使用拓扑优化布局设想,如第一汽车集团公司在某新型策动机设想中, 使用拓扑优化对采用经验方式设想的策动机支架进行告终构优化,在最大应力不变、刚度提高的环境下,零件的质量减轻了10%。

  王宏雁等采用拓扑方式优化、改良布局,并通过无限元布局模仿计较,对汽车策动机罩进行了优化设想。

  张宇等采用无限元法以某型多功能乘用车为对象,连系材料替代与布局改良对该车的策动机罩内、外板进行轻量化设想,同时处理了实车碰撞试验中策动机罩搭钮发生断裂的问题。轻量化设想的策动机罩板满足了静态刚度设想要求及整车耐撞平安机能,策动机罩内、外板的减重结果别离为46. 38%和50.18 %。

  李红建等以策动机罩内板动态优化为对象,引见了拓扑优化设想的根基过程,对优化前后布局机能进行对比阐发,产物试验数据证了然优化成果的靠得住性。

  CAE 手艺的拓扑优化在策动机零部件轻量化设想中使用曾经比力成熟,更普遍的使用还有待进一步研究。

  汽车车架是汽车布局件中布局和载荷都很复杂的主要部件,也是人们起首开展布局阐发和布局优化设想的研究对象。近年来, 跟着CAE 手艺的成长, 拓扑优化手艺成为以提高布局机能或减轻布局质量为方针的一种新兴布局设想方式, 跟着贸易无限元阐发软件,如ANSYS,NASTRAN 中拓扑优化功能的实现,以及商品化布局优化软件(如OptiStruct,TOSCA 等) 在国内的逐渐普及,目前已在车架轻量化设想中获得成功使用。

  例时时彩一期计划网址如Altair 公司手艺演讲表白,在SUV 车架轻量化设想中,布局优化手艺涵盖了从概念设想阶段、根基设想阶段到细致设想阶段的全流程, 在概念设想阶段起次要感化的拓扑优化手艺获得了全面展现。

  王健等研究了薄板应力束缚下的变厚度法,并给出了运输车车架拓扑优化设想的工程使用实例。

  刘齐茂基于ANSYS 软件,分析使用拓扑及尺寸优化手艺, 对某型载货车车架车架进行拓扑优化获得车架最优拓扑形式, 按照车架最优拓扑形式确定横梁的数量及分布位置和纵梁的加强体例, 实现了车架的轻量化设想。石琴等切磋了拓扑优化设想过程中,拓扑优化模子成立、优化过程节制及优化成果阐发与使用问题, 并在ANSYS 软件平台长进行了CAE 软件包的二次开辟,设想了集装箱半挂车车架优化设想公用软件模块。在布局设想的起头阶段引入拓扑优化理论,先对布局进行结构优化,以获得较合理的初始布局方案, 再通过布局参数优化设想, 获得满足其强度和刚度及设想工艺要求的最优布局。

  杨树凯等用变密度法成立了汽车支架布局拓扑优化数学模子, 操纵无限元法进行告终构拓扑优化设想。

  赵韩等采用无限元法对某型号半挂汽车车架布局的应力分布进行了阐发, 构成了车架的初始设想方案, 进而从无限元阐发的成果出发构成优化设想即轻量化设想所需要的数学模子。并在对无限元模子进行试验验证的根本上, 提出了该车架布局的轻量化设想方案并进行了无限元强度阐发,确定了较合理的车架轻量化设想方案。

  桂良进成立了某型载货车车架布局的应力阐发无限元模子,计较了多种工况下车架布局的应力分布并以已有的试验成果进行验证。在此根本上,提出该车架布局的轻量化设想方案, 并进行了改良设想后车架布局的强度阐发,确定了合理的轻量化设想方案。

  苏庆等使用CAE 手艺对某微型客车车架进行告终构阐发与优化设想,起首计较了静力挠度, 静态弯曲、扭转刚度, 然后求解了固有模态, 并在此根本上获得典型道路激励下的瞬态响应, 此外, 还对车架典型薄壁梁布局的耐撞性吸能特征进行研究, 共同尝试数据, 对车架布局进行了合理的改良设想, 实现了满足轻量化要求的静态优化设想方针。

  由此,CAE 手艺在各类特征车的车架的轻量化设想研究中获得了普遍的使用,并取得了显著结果。

  分析国表里曾经开展的研究,采用CAE 手艺在汽车布局轻量化的理论研究和现实使用都取得了主要的进展。无论是从方案设想、方案评价、模子成立、工程阐发等诸多方面实现对汽车零部件的精简、轻质、整合,仍是对轻量化后汽车的把持不变性、强度和刚度、行驶平安性、乘坐舒服性等机能目标进行阐发与评价,最终都实现减轻汽车质量,提高燃油经济性, 削减排放污染的方针。彰显了CAE 手艺在汽车研发过程中的感化日益主要。

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