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(chéng)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

2、發(fā)的事例，研究它的有效性。1.前言盡管消費(fèi)低迷，但輕型四輪汽車（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

3、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、

4、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)、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)（

5、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。

6、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

7、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

8、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，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