CAE技术在汽车设计中的应用

杨万庆

摘 要：随着社会的发展，环保意识的普及，对汽车设计的技术环保概念要求越來越高。CAE技术在汽车设计中环保的背景下，提高企业的技术水平、降低生产成本、减少生产次数方面起到了重要的作用。利用CAE技术来优化和改善汽车工艺，对新产品方案的试制次数起到了很重要的作用。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对CAE技术在汽车设计中的应用提出了一些建议，仅供参考。

关键词：CAE技术;汽车设计;应用

0 引言

现如今，随着科学技术的不断发展和进步，如今的CAE技术已经被广泛的应用到汽车设计的质量与安全性力学分析中，有效的减少了汽车设计过程中的各种重复的流程问题，缩短的汽车研发的整体周期，为汽车节省了大量的研发经费，提升汽车设计的舒适性以及安全性等，最终为汽车行业的发展做出了极大的贡献。

1 CAE技术在汽车设计中的重要性

1.1 降低研发成本

由于汽车自身的复杂性，在进行实际汽车设计的过程中设计人员不仅需要对汽车的结构特点、未来的使用环境以及批量生产可能会存在的问题进行考虑，因此在实际设计过程中，整个汽车的设计制造过程都会长时间在方案设计、样车制造、样车测试、问题改进几个步骤之中进行重复循环。不过在汽车设计过程中应用了CAE技术以后，样车制造与测试过程均可以通过CAE技术中的仿真技术进行，从而还能够极大的缩短研发流程，减少研发时长，进一步降低研发成本。

1.2 降低设计风险

相比较传统的汽车设计方法来说，CAE技术可以在进行测试前预先对整个设计方案的结构合理性与性能效果进行评估预测，并对设计中不合理的位置进行优化，这样不仅可以有效的提升设计方案中其次的稳定性，令整车的可操作性得到提升，还可以降低设计研发过程中可能会遇到的风险因素，因此CAE技术对于如今的汽车设计研究有着非常重要的作用。

2 CAE技术在汽车设计中的相关问题

（1）商用车是在设计和技术特征上用于运送人员和货物的汽车，分为货车和客车。而商用货车根据用途不同，分为自卸车和牵引车。车架是商用货车的重要组成部分，是支撑和连接汽车的总成。并承受来自车内外的各种载荷。因此，车架在满足汽车总布置的情况下，必须具有足够的强度和适当的刚度，以使其正常工作。（2）在汽车夹具设计中会受到小扰动和非线性力学特征的影响，从而导致汽车夹具的定位误差较大，加工的非线性小扰动作用特征明显，因此，需要进行汽车夹具的优化设计。利用CAE技术建立汽车夹具设计的定位误差修正模型，根据工件的工艺参数特征进行汽车夹具定位误差修正，可以提高汽车夹具设计的精度[1]。基于此，本文提出了基于CAE技术的汽车夹具设计中定位误差建模法，采用分段连续切割方法进行汽车夹具的螺旋面磨削处理，建立刀齿微元随动分析模型，根据刀齿微元在单位时间步长进行成形加工设计，从而实现定位误差的自动修正，最后进行仿真实验分析，证明了该方法在提高定位误差修正能力方面的优越性。（3）砂型铸造过程中铸件材质、铸件结构、冒口大小、砂子强度等，均对浇注过程中的凝固温度场产生影响，铸造型腔内的金属液温度场不同，凝固过程中容易产生孤立液相区，每个孤立的液相区在凝固完成后最终产生一个或者多个缩孔。通过铸造CAE——AnyCasting软件模拟，可以直观的看到过程中的形成缩松的原因，以及对应的措施。

3 CAE技术在汽车设计中的应用

3.1 汽车安全性能分析

为了能够最大限度的保障汽车内部乘客的生命安全，汽车设计人员需要在设计过程中进行汽车的碰撞与防碰撞性能的试验。在传统汽车设计方法中，设计人员在完成了设计方案以后，需要制造样车进行实际碰撞试验，从而验证汽车的安全性能效果。而当CAE技术应用到汽车设计过程中以后，设计人员便可以实现通过仿真技术对汽车的各种碰撞情况进行模拟，从而完成汽车设计过程中所需要的碰撞试验，验证碰撞后汽车的变形情况，不再需要进行样车实际碰撞试验，因此极大的降低了汽车设计研发过程中的成本与风险。

3.2 建立车架有限元模型

利用CATIA软件对车架及主要附件进行三维实体设计。在建立车架模型时，为反映实车结构，对车架纵梁、横梁及主要承载零件进行模型搭建，对车架及附件承受的质量，简化为质心，通过质心位置进行模拟。对车架-轮胎-路面边界，用刚性单元模拟轮胎，确定对轮胎的约束，钢板弹簧用两根刚度不同的弹簧单元模拟，用截面不同的梁单元连接，使之相互作用形成一个整体。工况：汽车在受到垂向冲击时，在压力作用下，车架会发生一定的弯曲，该工况下车架的静态安全因子值。我们可以看出，纵梁的最小静态安全因子为1.007，大于材料的安全系数，因此车架在垂向冲击状态下是安全可靠的。车架满载扭转工况，汽车的左前轮和右后轮各抬高0.15m。此工况下，车架承受较大的扭转应力和弯曲应力，该工况车架的静态安全因子值，纵梁的最小静态安全因子为0.444，小于材料的安全系数，因此车架在扭转状态下是不可靠的。

3.3 基于CAE技术的汽车夹具设计中定位误差建模方法

该法首先采用分段连续切割方法进行汽车夹具的螺旋面磨削处理，然后利用CAE技术实现对汽车夹具设计中定位误差进行修正，建立刀齿微元随动分析模型，根据刀齿微元在单位时间步长进行成形加工设计，实现定位误差的自动修正。通过仿真得知，采用该方法进行汽车夹具设计中定位误差建模的准确性较高，误差较低，对提高汽车夹具设计的精密度水平具有很好的参考价值。

4 结束语

综上所述，通过CAE技术在汽车设计中的应用进行有效地分析，能预先得到汽车在设计中缺陷的有效数据，从而指导模具设计，有利于在模具设计阶段把铸件缺陷发生率降到最低，避免反复不增值的模具修改，提高试模的一次成功率，大大缩短新品开发周期，降低试模费用。将优化后的模具系统与工艺方案应用到实际的生产中，经过两次的试模验证，将铸造的理论与生产的实践结合起来，摸索出一套较为完善的铸造工艺方案，对其他类似产品的开发具有借鉴和指导意义。

参考文献：

[1]伍家梅.基于CAE技术的汽车内饰板成型工艺分析与模具设计[J].塑料工业，2018，46（07）：70-73.

[2]陆玲梅.基于CAE汽车天窗滑轨注塑工艺多目标优化与模具设计[D].江苏大学，2018.

[3]徐群杰，唐琳琳，叶建学.CAE技术在汽车设计中的运用探讨[J].科技风，2017（24）：206.