乘用车设计CAE分析指南概要.docx
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乘用车设计CAE分析指南概要
乘用车设计CAE分析指南
概述
指南是针对乘用车各项性能进行有限元分析的建议,以此在乘用车设计初期(样车生产之前或生产之后)寻找设计中的技术缺陷,避免颠覆性的设计错误,本指南的目的是使客户初步了解内容所述有限元分析内容的用途和意义,目的是为了通过分析协助客户深入了解自身产品性能,量化乘用车性能参数,使相关数据更具有可控性和可管理性,减少开发费用,减少设计缺陷,避免设计失误,同时可部分代替试验或减少试验次数,减少召回的可能性,使客户的乘用车产品在市场上更具有竞争力。
指南的分析内容包括乘用车的空气动力学分析,乘用车的白车身强度分析,包括各种行驶工况应力应变分析;NVH分析包括连接部分刚度分析、整车模态分析、整车刚度分析(弯曲刚度、扭转刚度分析);乘用车的疲劳分析、乘用车的正面碰撞分析及乘用车零部件分析。
方案内容
1.空气动力学分析
汽车的空气动力学性能,是汽车动力性能的——个重要指标,风阻系数的大小直接决定了汽车的动力性能。
本项分析使用流体动力学分析软件进行,模拟风洞试验状况,如果非必须通过试验获得风阻系数,本项分析完全可使汽车制造商不必再进行风洞试验即可获得汽车的风阻系数。
2.车身强白度分析
强度分析主要考察白车身在各种不同的行驶工况下的强度和应力应变水平,是乘用车CAE最早应用也是最基本的性能分析项目。
这—分析能够使得白车身在各种工况下保证汽车的强度在许可的范围之内。
本项内容主要使用静力学分析软件完成。
3.NVH(噪声、振动、声振粗糙度)分析
NVH的研究在国际上还是一个未完成的课题,目前可以定量分析的主要集中在如下几个方面。
其中主要包括6项分析,各连接部分的截面特性分析、连接部分刚度分析、模态分析、整车刚度分析、横梁连接部分刚度分析和传递特性分析。
这些分析的目的是考察乘用车的NVH性能,这种方式是将振动、噪声、舒适性的相关性能映射到刚度特性上进行考察,最终结果将依据参考的竞争车型或已有数据进行评价。
本项内容主要使用线性和非线性软件进行。
分析合格之后将能够保证分析车型的NVH方面的基本性能。
4.正面碰撞分析(国家碰撞法规CMVDR294)
碰撞安全性主要考察2方面内容,其一考察汽车结构的耐撞性,其二考察乘员约束系统的安全性。
最终目的都是为了通过国家碰撞法规。
目前国内唯一需要通过的碰撞法规是CMVDR294(正面碰撞法规)。
本项分析完全模拟正面碰撞试验状况,得到的结果除了与试验对应的曲线之外还可以充分考察汽车耐撞性结构的状况。
5.汽车的运动学、动力学分析
汽车运动学、动力学分析主要从汽车五大性能等方面分析汽车的运动学、动力学的方面的性能,包括汽车的整车性能分析、悬架与转向系统性能分析、车身与底盘各运动附件性能分析。
本项分析涵盖绝大部分的汽车运动学动力学方面的性能,可在样车试验之前就可获得初步的分析结果以指导设计改善运动学、动力学性能。
具体内容如下:
5.1整车性能分析
5.1.1整车静态性能测试
5.1.2整车操纵稳定性性能
5.1.3整车平顺性性能分析
5.1.4整车制动性性能分析
5.1.5整车动力性性能分析
5.2悬架及转向系统的分析
5.2.1前后悬架运动学分析
分析悬架的定位参数变化曲线,车轮在平行跳动过程中前束、外倾、主销内倾、轮矩等随车轮跳动的变化趋势与变化大小;同时检验悬架各机构是否有干涉。
5.2.2前后悬架动力学分析
在驱动、制动、侧倾、驱动侧倾和制动侧倾等极限工况时各支撑及导向杆件的受力,各变刚度空气弹簧的受力分析,各变阻尼减震器的受力分析,转向系各杆件的运动,回正力矩在转向盘上的反映:
5.3车身及底盘各运动附件
5.3.1雨刮器的刮扫范围及四杆机构最小压力角的确定,电机的输出功率的确定;
5.3.2发动机盖板铰链机构的运动学分析;
5.3.3前后车门铰链布置;
5.3.4滑移门运动分析;
5.3.5后备车门空气弹簧的举升力分析;
5.3.6发动机的振动及悬置隔振的匹配;
5.3.6万向节的运动分析和受力分析,传动轴角度的变化;
5.3.7制动踏板,离合器踏板,油门踏板的行程及踏板力计算:
5.3.8动力传动系统力分析运动分析;
5.3.9各承力弹簧刚度的估算;
5.3.10变速器、减速器、差速器传动效率的估算;
5.3.11车窗玻璃举升机构
6.整车及安全件的疲劳分析
乘用车的疲劳性能是生产商极为关心的一项性能,在国外有三种方式进行,其一通过道路试验获得载荷谱,将载荷谱作为疲劳分析的输入载荷进行疲劳分析;其二,使用虚拟试验场软件VPG进行模拟道路试验,以达到相似的效果,由于VPG软件中的道路谱是国外的路面谱,其可用性需得到的厂商的认可,且其分析结果才能作为参考依据。
7.其他分析内容
7.1车门的分析(考核车门强度、刚度)
7.2引擎盖分析(考核引擎盖强度、刚度)
7.3行李舱盖分析(考核行李舱盖强度、刚度)
7.4仪表板分析(考核仪表板性能)
7.5安全带固定点强度分析(考核安全带固定点强度)
附录1介绍
南汽集团技术中心车辆工程分析专业领域主要为客户提供的CAE技术咨询,服务范围涵盖包括强度分析、刚度分析、疲劳分析、NVH分析、碰撞安全性分析、运动学动力学分析、流场分析、冲压分析、注塑成型分析等各种分析范畴。
目前全职技术人员Ⅹ人,其中高级技术人员Ⅹ人,中级技术人员Ⅹ人,初级技术人员Ⅹ人,均为多年从事汽车设计、分析、试验的专业技术人员。
附录2分析软件平台
ANSYSAnsys程序为工程仿真提供有效手段,利用工程模拟技术,解决产品优化设计问题。
其灵活、开放的解决方案为概念设计到最终测试的设计全过程提供了有效的仿真环境,可以大幅度地缩短研发流程,降低研发费用,提高设计质量。
Ansys以设计师分析工具箱、多物理场仿真、协同仿真环境等CAE技术满足产品设计、分析需求。
ANSYS公司是第一家通过ISO9001及ISO9001:
2000版的CAE技术公司,连续5年被《商务周刊》评为"Top100GrowthCompanies"。
LS-DYNA通用显式非线性分析软件,特别适合于求解各种非线性结构的告诉碰撞、爆炸和金属成型等非线性冲击问题,在汽车界是汽车碰撞冲击分析的首选软件。
ADAMS世界著名的运动学动力学分析软件,也是目前汽车行业运动学动力学分析使用最为广泛的软件。
附录3分析内容列表(67项有限元分析+74项运动学分析)
强度分析(7)
序号
分析范畴
分析编号
分析内容
说明
1
整车强度分析
STR-0-01
颠簸工况
模拟车辆驶过不平道路所受冲击状况
2
整车强度分析
STR-0-02
左前轮坑洼工况
模拟左前轮过坑洼路面状况
3
整车强度分析
STR-0-03
左后轮坑洼工况
模拟左后轮过坑洼路面状况
4
整车强度分析
STR-0-04
制动工况
模拟制动状况
5
整车强度分析
STR-0-05
转弯工况
模拟转弯状况
6
整车强度分析
STR-0-06
最大加速工况
模拟最大加速状况
7
整车强度分析
STR-0-07
紧急制动工况
模拟紧急制动状况
表1
表2
NVH分析(18)
序号
分析范畴
分析编号
分析内容
说明
1
NVH分析-整车刚度分析
NVH-0-01
扭转刚度分析
分析汽车的抗扭转能力
2
NVH分析-整车刚度分析
NVH-0-02
弯曲刚度分析
分析汽车的抗弯曲能力
3
NVH分析-白车身模态分析
NVH-0-03
白车身模态分析
分析白车身的自由模态
4
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-01
A柱-顶盖
分析A柱-顶盖连接部分刚度
5
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-02
A柱-发动机舱
分析A柱-发动机舱连接部分刚度
6
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-03
A柱-铰链柱
分析A柱-铰链柱连接部分刚度
7
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-04
铰链柱-门槛梁
分析铰链柱-门槛梁连接部分刚度
8
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-05
B柱-顶盖
分析B柱-顶盖连接部分刚度
9
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-06
B柱-腰线
分析B柱-腰线连接部分刚度
10
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-07
B柱-门槛梁
分析B柱-门槛梁连接部分刚度
11
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-08
C柱-顶盖
分析C柱-顶盖连接部分刚度
12
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-09
C柱-腰线
分析C柱-腰线连接部分刚度
13
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-10
C柱-门槛梁
分析C柱-门槛梁连接部分刚度
14
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-11
D柱-顶盖
分析D柱-顶盖连接部分刚度
15
NVH分析-连接部分刚度分析
NVH-1-12
D-柱/腰线/地板
分析D-柱/腰线/地板连接部分刚度
16
NVH分析-截面特性分析
NVH-2-01
截面特性分析
断面截面特性分析
17
NVH分析-横梁安装点刚度分析
NVH-3-01
横梁安装点刚度分析
地板横梁安装点刚度分析
18
NVH分析-传递特性的分析
NVH-4-01
传递特性的分析
传递特性的分析
表3
安全性分析(14)
序号
分析范畴
分析编号
分析内容
说明
1
整车安全性分析
SAF-0-01
正面碰撞分析
模拟(国内50km/h)35MPH正面碰撞试验状况
2
整车安全性分析
SAF-0-02
侧面碰撞分析
模拟侧面碰撞试验状况
3
整车安全性分析
SAF-0-03
追尾35MPH碰撞分析
模拟追尾35MPH碰撞试验状况
4
整车安全性分析
SAF-0-04
追尾5MPH碰撞分析
模拟追尾5MPH碰撞试验状况
5
安全性分析
SAF-1-01
车顶抗压分析
模拟车顶压溃试验状况
6
安全性分析
SAF-1-02
侧门强度分析
模拟侧门入侵试验状况
7
安全性分析
SAF-1-03
B柱安全带固定点分析
模拟B柱安全带固定点试验状况
8
安全性分析
SAF-1-04
C柱安全带固定点分析
模拟C柱安全带固定点试验状况
9
安全性分析
SAF-1-05
转向系统分析
模拟方向盘碰撞试验状况
10
安全性分析
SAF-1-06
座椅安全性分析
模拟座椅碰撞试验状况
11
安全性分析
SAF-1-07
保险杠碰撞分析
模拟保险杠碰撞试验状况
12
安全性分析
SAF-1-08
车内乘员头部碰撞分析
模拟车内乘员头部碰撞试验状况
13
安全性分析
SAF-1-09
行李冲击分析
模拟车内行李碰撞试验状况
14
安全性分析
SAF-1-10
仪表盘与膝盖部冲击分析
模拟仪表盘与膝盖部碰撞试验状况
表4
车门专项分析(14)
序号
分析范畴
分析编号
分析内容
说明
1
车门分析
DR-1-01
车门侧向刚度分析
2
车门分析
DR-1-02
车门腰线挤压分析
3
车门分析
DR-1-03
车门扭转刚度分析
4
车门分析
DR-1-04
车门重力下沉分析
5
车门分析
DR-1-05
车门挠曲分析
6
车门分析
DR-1-06
车门密封力变形分析
7
车门分析
DR-1-07
车门关门变形分析
8
车门分析
DR-1-08
车门振动分析
9
车门分析
DR-1-09
车门肘靠变形分析
10
车门分析
DR-1-10
车门内板稳定性分析
11
车门分析
DR-1-11
车门后视镜振动分析
12
车门分析
DR-1-12
车门外板造窝变形分析
13
车门分析
DR-1-13
车门外板铸板凹陷变形分析
14
车门分析
DR-1-14
车门防撞梁分析
表5
仪表板专项分析(3)
序号
分析范畴
分析编号
分析内容
说明
1
仪表板分析
IP-1-01
仪表板模态分析
2
仪表板分析
IP-1-02
仪表板弯曲与扭转分析
3
仪表板分析
IP-1-03
仪表板日照热变形分析
表6
引擎盖专项分析(8)
序号
分析范畴
分析编号
分析内容
说明
1
引擎盖分析
HD-1-01
引擎盖安装变形分析
2
引擎盖分析
HD-I-02
引擎盖边沿变形分析
3
引擎盖分析
HD-1-03
引擎盖受下拉力的变形分析
4
引擎盖分析
HD-1-04
引擎盖扭转刚度分析
5
引擎盖分析
HD-1-05
引擎盖正面冲击分析
6
引擎盖分析
HD-1-06
引擎盖开合分析
7
引擎盖分析
HD-1-07
引擎盖折叠分析
8
引擎盖分析
HD-1-08
引擎盖铸板凹陷变形分析
表7
行李舱盖专项分析(3)
序号
分析范畴
分析编号
分析内容
说明
1
行李舱盖分析
DL-1-01
行李舱盖扭转刚度分析
2
行李舱盖分析
DL-1-02
行李舱盖密封力变形分析
3
行李舱盖分析
DL-1-03
行李舱盖外板凹陷分析
表8
运动学、动力学分析(74)
序号
分析范畴
分析编号
分析内容
说明
1
整车性能分析-整车静态性能测试
ADM-1-01
制动点头角计算
2
整车性能分析-整车静态性能测试
ADM-1-02
驱动仰角计算
3
整车性能分析-整车静态性能测试
ADM-1-03
车身侧倾角计算
4
整车性能分析-整车静态性能测试
ADM-1-04
整车侧倾刚度
5
整车性能分析-整车静态性能测试
ADM-1-05
纵倾刚度的计算
6
整车性能分析-整车静态性能测试
ADM-1-06
整车的振动分析
7
整车性能分析-整车静态性能测试
ADM-1-07
前后悬架偏频分析
8
整车性能分析-整车操纵稳定性性能
ADM-2-01
整车的稳态回转试验仿真
9
整车性能分析-整车操纵稳定性性能
ADM-2-02
整车的角阶跃试验仿真
10
整车性能分析-整车操纵稳定性性能
ADM-2-03
整车的角脉冲试验仿真
11
整车性能分析-整车操纵稳定性性能
ADM-2-04
整车的回正性性能仿真
12
整车性能分析-整车操纵稳定性性能
ADM-2-05
整车的撒手稳定性性能仿真
13
整车性能分析-整车操纵稳定性性能
ADM-2-06
整车的转向轻便性能仿真
14
整车性能分析-整车平顺性性能分析
ADM-3-01
整车平顺性脉冲输入仿真
15
整车性能分析-整车平顺性性能分析
ADM-3-02
整车平顺性随机输入仿真
16
整车性能分析-整车制动性性能分析
ADM-4-01
制动距离及制动减速度仿真
17
整车性能分析-整车制动性性能分析
ADM-4-01
制动时汽车的方向稳定性仿真
18
整车性能分析-整车动力性性能分析
ADM-5-01
最高车速仿真
19
整车性能分析-整车动力性性能分析
ADM-5-02
加速时间仿真
20
整车性能分析-整车侧向风敏感性性能分析
ADM-6-01
21
整车性能分析-整车抗侧翻性能分析
ADM-7-01
22
前后悬架运动学分析
ADM-8-01
悬架的定位参数变化曲线
23
前后悬架运动学分析
ADM-8-02
悬架各机构干涉检验
24
前后悬架运动学分析
ADM-8-03
车轮与转向系统的协调性
25
前后悬架动力学分析-极限工况时各支撑及导向杆件的受力
ADM-9-01
驱动工况
26
前后悬架动力学分析-极限工况时各支撑及导向杆件的受力
ADM-9-02
制动工况
27
前后悬架动力学分析-极限工况时各支撑及导向杆件的受力
ADM-9-03
侧倾工况
28
前后悬架动力学分析-极限工况时各支撑及导向杆件的受力
ADM-9-04
驱动侧倾工况
29
前后悬架动力学分析-极限工况时各支撑及导向杆件的受力
ADM-9-05
制动侧倾工况
30
前后悬架动力学分析
ADM-10-01
各变刚度空气弹簧的受力分析
31
前后悬架动力学分析
ADM-10-02
各变阻尼减震器的受力分析
32
前后悬架动力学分析
ADM-10-03
转向系各杆件的运动
33
前后悬架动力学分析
ADM-10-04
回正力矩在转向盘上的反映
34
钢板弹簧柔体悬架
ADM-11-01
制动协调性能
35
钢板弹簧柔体悬架
ADM-11-02
侧倾转向性能
36
双横臂悬架
ADM-12-01
抗点头性能
37
双横臂悬架
ADM-12-02
预扭角的确定
38
麦弗逊悬架
ADM-13-01
弹簧预紧力
39
复合式悬架
ADM-14-01
侧向稳定性
40
复合式悬架
ADM-14-02
随动转向性
41
纵臂四连杆
ADM-15-01
侧倾转向
42
纵臂四连杆
ADM-15-02
杆件协调
43
五连杆悬架
ADM-16-01
抗点头性能
44
五连杆悬架
ADM-16-02
抗侧倾性能
45
五连杆悬架
ADM-16-03
杆件相互位置关系
46
空气弹簧悬架
ADM-17-01
导向杆件间的协调关系
47
低地板客车悬架
ADM-18-01
导向杆件与转向杆系的协调关系
48
低地板客车悬架
ADM-18-02
转向杆系布置
49
油气弹簧悬架
ADM-19-01
导向杆件间的协调关系
50
油气弹簧悬架
ADM-19-02
弹簧变形量
51
52
车身各运动附件-雨刮器
ADM-20-01
刮扫范围
53
车身各运动附件-雨刮器
ADM-20-01
四杆机构最小压力角的确定
54
车身各运动附件-雨刮器
ADM-20-01
电机的输出功率的确定
55
车身各运动附件-发动机盖板铰链机构
ADM-21-01
铰链机构运动学分析
56
车身各运动附件-前后车门
ADM-22-01
前后车门铰链布置
57
车身各运动附件-滑移门
ADM-23-01
滑移门运动分析
58
车身各运动附件-后备车门
ADM-24-01
后备车门空气弹簧的举升力分析
59
车身各运动附件-车门锁
ADM-25-01
车门锁机构运动学分析
60
车身各运动附件-车窗玻璃
ADM-26-01
车窗玻璃举升机构运动学分析
61
底盘各运动附件-发动机悬置
ADM-27-01
发动机的振动及悬置隔振的匹配
62
底盘各运动附件-万向节
ADM-28-01
万向节的运动分析
63
底盘各运动附件-万向节
ADM-28-02
万向节的受力分析
64
底盘各运动附件-万向节
ADM-28-03
传动轴角度的变化分析
65
底盘各运动附件-制动踏板
ADM-29-01
制动踏板的行程及踏板力计算
66
底盘各运动附件-离合器踏板
ADM-30-01
离合器踏板的行程及踏板力计算
67
底盘各运动附件-油门踏板
ADM-31-01
油门踏板的行程及踏板力计算
68
底盘各运动附件-动力传动系统
ADM-32-01
动力传动系统力分析
69
底盘各运动附件-动力传动系统
ADM-32-02
动力传动系统运动分析
70
底盘各运动附件-弹簧
ADM-33-01
各承力弹簧刚度的估算
71
底盘各运动附件-变速器
ADM-34-01
变速器传动效率的估算
72
底盘各运动附件-减速器
ADM-35-01
减速器传动效率的估算
73
底盘各运动附件-差速器
ADM-36-01
差速器传动效率的估算
74
底盘各运动附件-制动器
ADM-37-01
液力制动时整个液压系统的压强及受力分布
附录4国内汽车厂商常用分析内容列表
国内汽车厂商常用分析内容列表
STR-0-01
★★★★★
SAF-1-08
★
ADM-1-06
★★
ADM-15-01
★★★
STR-0-02
SAF-1-09
ADM-1-07
ADM-16-01
STR-0-03
SAF-1-10
ADM-2-01
★★★★
ADM-16-02
STR-0-04
DR-1-01
★★★★
ADM-2-02
ADM-16-03
STR-0-05
DR-1-02
ADM-2-03
ADM-17-01
STR-0-06
DR-1-03
ADM-2-04
ADM-18-01
STR-0-07
DR-1-04
ADM-2-05
ADM-18-02
NVH-0-01
★★★★★
DR-1-05
ADM-2-06
ADM-19-01
NVH-0-02
DR-1-06
ADM-3-01
★★
ADM-19-02
NVH-0-03
DR-1-07
ADM-3-02
ADM-20-01
★★★★
NVH-1-01
★★★★
DR-1-08
ADM-4-01
★★
ADM-20-02
NVH-1-02
DR-1-09
ADM-4-02
ADM-20-03
NVH-1-03
DR-1-10
ADM-5-01
★★
ADM-21-01
★★★★
NVH-1-04
DR-1-11
ADM-5-02
ADM-22-01
★★
NVH-1-05
DR-1-12
ADM-6-01
★
ADM-23-01
★★★★
NVH-1-06
DR-1-13
ADM-7-01
ADM-24-01
★★★★
NVH-1-07
DR-1-14
ADM-8-01
★★★★
ADM-25-01
★★
NVH-1-08
IP-1-01
★★★★
ADM-8-02
★★
ADM-26-01
★★★★
NVH-1-09
IP-1-02
ADM-8-03
★★★
ADM-27-01
★★
NVH-1-10
IP-1-03
ADM-9-01
★★★
ADM-28-01
★★★
NVH-1-
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- 关 键 词:
- 乘用车 设计 CAE 分析 指南 概要