輕型四輪汽車的cae分析

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1、聲明：由于本人水平有限，可能翻譯有錯(cuò)誤之處，望大家批評(píng)指正，期待跟大家一起討論、研究。（xqkuai）―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――輕型四輪汽車的CAE分析藤澤一志太田雅昭姫野哲児杉浦正丸山誠司摘要近些年的汽車開發(fā)，IT化、全球化成為主題，一些數(shù)字模型、虛擬工廠等技術(shù)被應(yīng)用的大規(guī)模改革正在進(jìn)行。CAE也隨之在車身等各個(gè)部分的分析中進(jìn)一步發(fā)展，和更近于真車實(shí)驗(yàn)的車輛仿真技術(shù)一起，運(yùn)用這些分析技術(shù)于車型開發(fā)。本論文就是基于運(yùn)用那些CAE技術(shù)進(jìn)行輕型四輪汽車的新車開發(fā)的事例，研究它的有效性。1.前言盡管消費(fèi)低迷，但輕

2、型四輪汽車（以下，簡(jiǎn)稱輕型汽車）的銷售額卻持續(xù)增加。這種輕型汽車的規(guī)格有所增加，全長(zhǎng)3.3到3.4米，寬1.4到1.48米，同時(shí)在高速公路上可達(dá)100km/h的速度，為適應(yīng)顧客的要求將進(jìn)一步提升低價(jià)格、低燃油的商品性能。為提高這種規(guī)格變大的輕型汽車的性能，CAE在改進(jìn)對(duì)策研究和驗(yàn)證及分析現(xiàn)象上起到了作用。本論文講述以此為背景的CAE技術(shù)，就是使用大規(guī)模有限元模型（FE模型），對(duì)車輛的強(qiáng)度剛性、振動(dòng)噪音、碰撞安全、運(yùn)動(dòng)性能綜合性研究的分析技術(shù)和研究使車室內(nèi)變得舒適的熱流體的分析技術(shù)。2.車型開發(fā)上的CAE應(yīng)用現(xiàn)在，基于有限元（FEM）的CAE分析，取得了一定成

3、績(jī)，從早期研究到后期性能改良上被應(yīng)用。伴隨著車型開發(fā)的時(shí)間縮短，設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)等各部門并行工作中，CAE的及時(shí)輸出顯得相當(dāng)重要。作為解決方法之一，同公司共用車身的大型FE模型，謀求模型建立的效率化，提高車型開發(fā)的適用性。另外，更進(jìn)一步，可以以同一結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，系統(tǒng)的進(jìn)行強(qiáng)度剛性、振動(dòng)噪音、碰撞安全、運(yùn)動(dòng)性能的綜合CAE研究。3.強(qiáng)度、剛性3.1輕型汽車的強(qiáng)度、剛性近年來的輕型汽車要求與小型車同樣的迎面碰撞安全性、車室內(nèi)的靜音性，相應(yīng)的對(duì)策就是重量增加了。因此，包括車身在內(nèi)的汽車構(gòu)成部件，為了繼承輕型汽車重量輕、低燃油的優(yōu)點(diǎn)，保持一直以來的強(qiáng)度和剛性的同時(shí)在改變結(jié)構(gòu)、

4、更換材料等方面，以求更輕成為重點(diǎn)。3.2強(qiáng)度、剛性CAE分析的應(yīng)用強(qiáng)度剛性分析預(yù)測(cè)的是從對(duì)象整體的剛性到局部的應(yīng)力集中、疲勞耐久性。分析在各個(gè)部分進(jìn)行，有關(guān)影響分析精度的負(fù)荷條件、約束條件上，采用和真車實(shí)驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)。另外，作為設(shè)想行駛的真車的強(qiáng)度、剛性分析，只應(yīng)用在車身的開口部位變形的開發(fā)上，其他的尚在開發(fā)中。下面具體講述6項(xiàng)。3.2.1靜剛性的預(yù)測(cè)（1）車身靜剛性車身骨架的剛性必須考慮響應(yīng)行駛時(shí)路面輸入的振動(dòng)噪音、乘坐舒適性、操作安全性之類基本性能、車門開關(guān)觸覺的實(shí)用性等，順利完成設(shè)定的目標(biāo)值。本研究如圖2所示使用共用模型判定加載車身的靜力彎矩、扭矩時(shí)的

5、剛性值、撓度分布、門附著的開口部位的變形量。圖3是預(yù)測(cè)車身剛性指標(biāo)之一的彎曲剛性的例子，為了結(jié)構(gòu)、斷面形狀的適應(yīng)性，研究減少板的厚度。（2）外壁板剛性車頂、車門等的外壁板在鑄模之類時(shí)必須考慮結(jié)實(shí)感、耐電鍍性的剛性。圖4所示為車頂在受到強(qiáng)制形變時(shí)，由于改變車頂?shù)那拾霃桨l(fā)生橫向移動(dòng)現(xiàn)象（剪切形變）的例子。3.2.2破壞強(qiáng)度的預(yù)測(cè)用在車輛拖拽時(shí)的拉鉤的強(qiáng)度、碰撞時(shí)安全帶承受的強(qiáng)度，對(duì)于超出極限的輸入的變形量要求控制在規(guī)定范圍內(nèi)。所以要進(jìn)行彈塑性區(qū)域內(nèi)的研究。3.2.3耐久強(qiáng)度的預(yù)測(cè)（1）車身耐久強(qiáng)度車身的真車耐久性實(shí)驗(yàn)就是在各種路面行駛規(guī)定的距離后從各部位的破損

6、情況判斷出好壞。耐久壽命就是根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)的行駛距離和應(yīng)力的判斷值進(jìn)行線性范圍的應(yīng)力計(jì)算、用SN圖示預(yù)測(cè)的。另外，在高應(yīng)力集中部位，更加細(xì)化周邊的單元尺寸來提高計(jì)算精度。圖5所示為改變結(jié)合部位的結(jié)構(gòu)以降低兩門附近的應(yīng)力集中的例子。（2）功能部件的耐久強(qiáng)度功能部件的耐久強(qiáng)度也用和車身的耐久強(qiáng)度一樣的手法預(yù)測(cè)壽命。圖6所示為在燃油箱施加內(nèi)壓時(shí)的高應(yīng)力集中部位，改變面流、形變R的圖示。4.碰撞安全4.1輕型汽車的碰撞安全針對(duì)汽車的碰撞安全的要求升高，近年來的車型開發(fā)著眼于確保車輛碰撞時(shí)搭乘者的生存空間。另外，采用為了緩和碰撞的沖擊G及搭乘者與車室的二次碰撞、謀求降低

7、乘員傷害值的安全結(jié)構(gòu)和約束裝置。輕型汽車也追求和普通車同樣的安全性能。新規(guī)格的車輛推出全長(zhǎng)增加了100mm，寬度擴(kuò)大了80mm為基礎(chǔ)的安全措施。另外，根據(jù)汽車事故對(duì)策中心的評(píng)估（JNCAP），接近于小型車同樣的安全性能。但是，車重輕的輕型汽車考慮互換性的話，和重的車比安全性上不利。因此，必須采用比普通車更強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。輕型汽車的安全對(duì)策也和普通車一樣，對(duì)于從各個(gè)角度的碰撞都必須確保搭乘者的生存空間。為此就要提高車室強(qiáng)度、抑制變形量。另外，把提高吸收從碰撞開始到車室變形期間的車身變形（碰撞擊打）的能量、緩和對(duì)車室的沖擊的結(jié)構(gòu)作為根本。而且，對(duì)于從車輛前方來的碰撞，

8、必須考慮對(duì)物、對(duì)車最大程度碰撞的正面碰撞和在碰撞事故