有限元分析及应用的经典案例-CAE在汽车行业的应用

Posted 2020-09-19

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    cae软件在汽车行业的应用从最初的线弹性部件分析到汽车结构中大量的非线性问题分析，到现在汽车疲劳寿命分析、NVH分析、碰撞模拟等，cae分析几乎涵盖了汽车性能的所有方面。今天有限元科技来为大家盘点一下cae技术应用于汽车行业的方向和领域。
　　1、车架和车身的强度和刚度分析

车架和车身是汽车结构中最为复杂的受力部件，其强度和刚度分析对整个汽车的承载能力和抗变形能力至关重要。此外，基于强度和刚度分析的车架和车身结构优化对整车的轻量化从而提高经济性和动力性也有很大作用。

 

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图1 强度分析

 

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图2 车身结构优化

　　2、齿轮的弯曲应力和接触应力分析

通过对齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的分析，优化齿轮结构参数，提高齿轮的承载载力和使用寿命。

 

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图3 齿轮的分析

　　3、发动机零件的应力分析

发动机零件在工作过程中受到气缸内气体的高压力和热应力，通过有限元分析找出应力集中的危险部位加以改进则可以预防事故发生。

 

图4 发动机零件分析

　　4、NVH分析
　　噪音(Noise)、振动(Vibration)、平稳(Harshness)三项标准，通俗称为乘坐“舒适感”。

随着收入水平的提高，消费者越来越看重汽车产品的舒适性即NVH性能，因此汽车开发中也必不可少的要进行NVH分析，主要包括动力系统NVH、车身NVH、底盘NVH三大部分。而汽车NVH分析则涉及到汽车在各级频率的模态分析，不同路面工况激励下的汽车振型，还有风噪、发动机噪声、轮胎噪声等声学研究，这些都离不开cae仿真分析。

 

图5 汽车NVH分析

　　5、机构运动分析
　　机构运动分析就是根据原动件的已知运动规律，求该机构其他构件上某些点的位移、轨迹、速度和加速度，以及这些构件的角位移、角速度和角加速度。
　　通过对机构进行速度分析，了解从动件的速度变化规律能否满足工作要求，了解机构的受力情况。
　　通过对机构进行加速度分析，确定各构件及构件上某些点的加速度，了解机构加速度的变化规律。

机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。

 

图6 汽车动力学分析

　　6、车辆碰撞模拟分析
　　汽车安全性分为主动安全性和被动安全性。
　　主动安全性是指汽车能够识别潜在的危险自动减速，或当突发的因素出现时，能够在驾驶员的操纵下避免发生交通事故的性能。
　　被动安全性是指汽车发生不可避免的交通事故后，能够对车内乘员或行人进行保护，以免发生伤害或使伤害降低到最小程度。

作为最常用的交通工具，汽车的安全性能是汽车厂商和消费者双方都高度关注的问题，政府相关部门也为此制定了一系列评价标准，所以在汽车结构的刚度和强度分析之后，还必须通过cae工具进行碰撞仿真分析对汽车安全性加以验证。在汽车安全性设计中需要执行包括不同的碰撞方向、不同的碰撞速度、不同的重量、不同的假人及坐姿等碰撞分析，通过分析结果来对汽车结构设计进行相应的优化。

 

图7 车辆碰撞模拟分析

 

有限元科技依托深厚的cae技术背景和工程经验，为客户提供高水平的cae工程咨询服务，包括有限元分析、CFD与热分析、成型分析、优化分析和电磁分析等，已经为航天、汽车、机械、电子、新能源、医疗等行业的400多家企业成功完成了大量的CAE分析咨询项目，得到了客户的高度认可。此外，有限元科技还对cae软件进行自主开发，为企业提供国外cae软件的购买代理、技术支持、应用培训、二次开发等全套的技术服务。

 

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