有限元分析及應(yīng)用的經(jīng)典案例-CAE在汽車行業(yè)的應(yīng)用（2）
CAE技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用從最初的線彈性部件分析到汽車結(jié)構(gòu)中大量的非線性問(wèn)題分析，到現(xiàn)在汽車疲勞壽命分析、NVH分析、碰撞模擬等，CAE分析幾乎涵蓋了汽車性能的所有方面。今天有限元來(lái)為大家盤(pán)點(diǎn)一下CAE技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)的方向和領(lǐng)域。（接上篇：有限元分析及應(yīng)用的經(jīng)典案例-CAE在汽車行業(yè)的應(yīng)用（1））
7、金屬板沖壓成型模擬分析
沖壓成型材料利用率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的廣泛應(yīng)用。
在傳統(tǒng)的沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，無(wú)論是沖壓工序的制定、工藝參數(shù)的選取，還是沖壓模具 的設(shè)計(jì)、制造，都要經(jīng)過(guò)多次修改才能確定-導(dǎo)致生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)周期難以保證。
沖壓成型過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)通過(guò)對(duì)板材沖壓過(guò)程數(shù)值模擬，在計(jì)算機(jī)上觀察到模具結(jié)構(gòu)、沖壓工藝條件（如壓邊力、沖壓方向、摩擦潤(rùn)滑等）和材料性能參數(shù)（如皺曲、破裂）的影響，提供最佳鈑料形狀、合理的壓料面形狀、最佳沖壓方向、以及分析卸載和切邊后的回彈量，并補(bǔ)償模具尺寸以得到尺寸和形狀精度良好的沖壓件。該技術(shù)使試模時(shí)間大大縮短，從而減少制模成本。
8、疲勞分析
常規(guī)設(shè)計(jì)定型樣機(jī)疲勞試驗(yàn)需要幾年甚至更多時(shí)間來(lái)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)失誤、修改設(shè)計(jì)。
現(xiàn)代疲勞試驗(yàn)技術(shù)只需在計(jì)算機(jī)上用仿真技術(shù)，用載荷譜模擬和加載，預(yù)測(cè)壽命和反饋優(yōu)化。這可把試驗(yàn)時(shí)間壓縮到原來(lái)的十分之一、百分之一，大大降低了開(kāi)發(fā)成本，縮短了開(kāi)發(fā)周期。
根據(jù)疲勞理論，疲勞破壞主要由循環(huán)載荷引起。從理論上說(shuō)，如果汽車的輸入載荷相同，那么所引起的疲勞破壞也應(yīng)該一樣。因此，可以在試車場(chǎng)上按一定的比例混合各種路面及各種事件（如開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)、剎車等），重現(xiàn)這一載荷輸入。這一載荷重現(xiàn)通?？赡茉谳^短的時(shí)間里完成，因此，可以達(dá)到試驗(yàn)加速的目的。
9、空氣動(dòng)力學(xué)分析
汽車空氣動(dòng)力學(xué)主要是應(yīng)用流體力學(xué)的知識(shí)，研究汽車行駛時(shí)，即與空氣產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，汽車周圍的空氣流動(dòng)情況和空氣對(duì)汽車的作用力（稱為空氣動(dòng)力），以及汽車的各種外部形狀對(duì)空氣流動(dòng)和空氣動(dòng)力的影響。此外，空氣對(duì)汽車的作用還表現(xiàn)在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻、車廂里的通風(fēng)換氣、車身外表面的清潔、氣流噪聲、車身表面覆蓋件的振動(dòng)、甚至刮水器的性能等方面的影響。
10、虛擬試車場(chǎng)整車分析
CAE技術(shù)的飛速發(fā)展、軟硬件功能的大幅度提高使得整車系統(tǒng)仿真已經(jīng)成為可能。美國(guó)工程技術(shù)合作公司（ETA）在ANSYS/LS-DYAN軟件平臺(tái)上二次開(kāi)發(fā)推出的虛擬試驗(yàn)場(chǎng)技術(shù)（virtual proving ground,VPG）就是一個(gè)對(duì)整車系統(tǒng)性能全面仿真實(shí)用軟件的代表。VPG技術(shù)是汽車CAE技術(shù)領(lǐng)域中一個(gè)很有代表性的進(jìn)展。
VPG是在ANSYS/LS-DYAN軟件平臺(tái)上二次開(kāi)發(fā)推出的，以整車系統(tǒng)為分析對(duì)象，考慮系統(tǒng)各類非線性，以標(biāo)準(zhǔn)路面和車速為負(fù)荷，對(duì)整車系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行結(jié)構(gòu)疲勞、權(quán)頻率振動(dòng)噪聲分析和數(shù)據(jù)處理、以及碰撞歷程仿真，達(dá)到在產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期即可得到樣車道路實(shí)驗(yàn)結(jié)果的“整車性能預(yù)測(cè)”效果的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。
圖11 虛擬試車場(chǎng)整車分析
11 焊裝模擬分析
傳統(tǒng)的機(jī)器人焊接路徑規(guī)劃方法是根據(jù)設(shè)計(jì)人員提供的工位上的焊點(diǎn)數(shù)量和焊接順序，由工藝人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或類似工藝離線編制機(jī)器人加工程序，設(shè)計(jì)加工工藝。所編寫(xiě)的程序輸入到相應(yīng)設(shè)備中，在實(shí)驗(yàn)室里預(yù)操作，記錄下每次偏差位置，重新編程、設(shè)計(jì)直至滿足生產(chǎn)要求。這不僅耗時(shí)、費(fèi)力，同時(shí)對(duì)于多機(jī)器人加工的碰撞問(wèn)題無(wú)法解決。一旦涉及多機(jī)器人協(xié)同加工，則往往在實(shí)驗(yàn)室中采用步進(jìn)式逼近方法配合專家經(jīng)驗(yàn)加以解決，以免發(fā)生碰撞，損壞設(shè)備。
車身焊裝模擬分析結(jié)合虛擬制造技術(shù)，在仿真環(huán)境下，運(yùn)用相應(yīng)的優(yōu)化算法對(duì)車身焊裝工位的機(jī)器人加工路徑進(jìn)行離線規(guī)劃，并通過(guò)仿真加工進(jìn)行驗(yàn)證，達(dá)到指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的目的。
虛擬制造的基礎(chǔ)是采用計(jì)算機(jī)支持的技術(shù)，應(yīng)用數(shù)字建模和仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等來(lái)模擬生產(chǎn)、加工和裝配等過(guò)程，在計(jì)算機(jī)上將產(chǎn)品“制造”出來(lái)，實(shí)現(xiàn)將工藝過(guò)程轉(zhuǎn)為數(shù)字化操作，再由數(shù)字化操作指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。
通過(guò)建立生產(chǎn)加工的仿真模型研究制造活動(dòng)，使用戶在設(shè)計(jì)階段能夠了解產(chǎn)品未來(lái)制造過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)性能有效的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)。在仿真環(huán)境下的試運(yùn)行，有利于進(jìn)行多工藝方案比較，更有利于多機(jī)器人焊接軌跡的選取與優(yōu)化。
有限元科技依托深厚的CAE技術(shù)背景和工程經(jīng)驗(yàn)，為客戶提供高水平的CAE工程咨詢服務(wù)，包括有限元分析、CFD與熱分析、成型分析、優(yōu)化分析和電磁分析等，已經(jīng)為航天、汽車、機(jī)械、電子、新能源、醫(yī)療等行業(yè)的400多家企業(yè)成功完成了大量的CAE分析咨詢項(xiàng)目，得到了客戶的高度認(rèn)可。此外，有限元科技還對(duì)CAE軟件進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)，為企業(yè)提供國(guó)外CAE軟件的購(gòu)買(mǎi)代理、技術(shù)支持、應(yīng)用培訓(xùn)、二次開(kāi)發(fā)等全套的技術(shù)服務(wù)。
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