隨著汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，汽車(chē)企業(yè)在滿足用戶(hù)不斷提高的對(duì)可靠性、安全性、NVH等性能指標(biāo)要求的同時(shí)，還希望通過(guò)降低成本來(lái)創(chuàng)造利潤(rùn)，同時(shí)縮短開(kāi)發(fā)周期以便搶得市場(chǎng)先機(jī)。

    相對(duì)于中后期的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，早期設(shè)計(jì)成本更低，設(shè)計(jì)自由度更高，CAE工程師一直在探索將CAE分析提前，改變對(duì)一個(gè)不理想模型狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化的弊端，實(shí)現(xiàn)CAE驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。

    CAE的早期介入，綜合考慮對(duì)產(chǎn)品有較大影響的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)科學(xué)的分析計(jì)算，建立較為理想的設(shè)計(jì)模型，減少設(shè)計(jì)中后期因?yàn)樾阅芴嵘�而進(jìn)行大量反復(fù)的修改，降低成本和縮短周期。

1 CAE概念設(shè)計(jì)優(yōu)化模型

　　設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)和約束條件是優(yōu)化設(shè)計(jì)的三要素。目標(biāo)和約束條件屬于設(shè)計(jì)響應(yīng)，根據(jù)優(yōu)化目的的不同有些時(shí)候可以互換。

　　CAE概念設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的主要思路也是怎樣建立CAE的優(yōu)化模型，確定設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)目標(biāo)、約束條件。

　　根據(jù)優(yōu)化三要素，汽車(chē)設(shè)計(jì)響應(yīng)（約束條件和目標(biāo)值）可根據(jù)實(shí)際問(wèn)題快速提取，如白車(chē)身彎曲、扭轉(zhuǎn)剛度、模態(tài)值、碰撞加速度峰值和等效加速、白車(chē)身質(zhì)量等都可以作為設(shè)計(jì)響應(yīng)，在CAE概念設(shè)計(jì)優(yōu)化模型中，以整體質(zhì)量為目標(biāo)值的優(yōu)化問(wèn)題比較常見(jiàn)。CAE優(yōu)化技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)是設(shè)置及選取設(shè)計(jì)變量，本文將介紹兩種提取設(shè)計(jì)變量的方法，參數(shù)化建模法和網(wǎng)格變形過(guò)程錄制法。

2 概念設(shè)計(jì)階段優(yōu)化流程

　　傳統(tǒng)研發(fā)流程存在以下問(wèn)題：

    （1）概念設(shè)計(jì)方案主要依靠工程師的經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。

　�。�2）設(shè)計(jì)早期階段缺少對(duì)產(chǎn)品性能有較大影響的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的考慮。

　�。�3）設(shè)計(jì)中后期進(jìn)行大量反復(fù)的修改，帶來(lái)成本和周期的問(wèn)題。

　　隨著研發(fā)的推進(jìn)，零部件逐步開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)模、招標(biāo)，設(shè)計(jì)自由度越來(lái)越小，優(yōu)化更改方案的成本也越來(lái)越高，受到周期、成本、空間等限制，很多優(yōu)化方案不能實(shí)施。研發(fā)成本模型如圖1所示。

圖1 研發(fā)成本模型

    由圖1可知，相對(duì)于中后期的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，早期設(shè)計(jì)成本更低，設(shè)計(jì)自由度更高，概念設(shè)計(jì)階段引入CAE性能評(píng)估優(yōu)化，將CAE分析提前，改變對(duì)一個(gè)不理想模型狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化的弊端，實(shí)現(xiàn)CAE驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。概念階段嵌入CAE優(yōu)化技術(shù)的汽車(chē)研發(fā)流程如圖2所示。

圖2 概念階段嵌入CAE優(yōu)化技術(shù)的汽車(chē)優(yōu)化流程

    概念設(shè)計(jì)階段的CAE優(yōu)化分析主要從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化[4]和料厚優(yōu)化角度進(jìn)行分析，如圖3所示。料厚優(yōu)化主要是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行減重，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化提升產(chǎn)品性能，通過(guò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化和料厚優(yōu)化的聯(lián)合仿真，達(dá)到優(yōu)化性能和減重的雙重目的。

圖3 概念優(yōu)化分析流程

3 概念設(shè)計(jì)CAE優(yōu)化分析實(shí)例

3.1參數(shù)化建模技術(shù)設(shè)置設(shè)計(jì)變量實(shí)例

　　利用參數(shù)化建模軟件SFE concept將有限元模型或者全新的車(chē)身主斷面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成參數(shù)化模型，如圖4所示。

圖4 某車(chē)型的參數(shù)化模型

    采用建模采取點(diǎn)—線—截面—接頭和梁—自由曲面—白車(chē)身的方法建立參數(shù)化模型。參數(shù)化模型隨參數(shù)變化而變化。白車(chē)身參數(shù)化模型由于線條簡(jiǎn)單，每次新變化的參數(shù)化模型均可自動(dòng)生成有限元模型。通過(guò)對(duì)不同參數(shù)組合的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，選取最佳參數(shù)組合。

3.2網(wǎng)格變形技術(shù)設(shè)置設(shè)計(jì)變量實(shí)例

　　利用網(wǎng)格變形軟件DEP Morpher將參考車(chē)有限元模型的拉伸、投影和移位等morphing過(guò)程錄制為參數(shù)。該參數(shù)由模塊控制，該模塊可控制不同分析類(lèi)型的計(jì)算模型，也可控制不同規(guī)模（部件級(jí)、車(chē)身級(jí)、TB級(jí)、整車(chē)級(jí)）的分析模型的同一morphing部位，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)多學(xué)科綜合優(yōu)化的功能。

圖5 某車(chē)型的網(wǎng)格變形參數(shù)化模型

3.3以網(wǎng)格變形參數(shù)為變量的優(yōu)化分析實(shí)例

3.3.1邊界條件

    （1）根據(jù)技術(shù)要求將拉伸、投影和移位等morphing過(guò)程錄制為參數(shù)。

　�。�2）基于老款車(chē)型白車(chē)身彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、模態(tài)值、正面碰撞加速度峰值和等效加速度為約束。

　　（3）以白車(chē)身質(zhì)量為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化分析。

3.3.2優(yōu)化過(guò)程

　�。�1）設(shè)置網(wǎng)格變形過(guò)程錄制參數(shù)、料厚優(yōu)化參數(shù)。

　　（2）根據(jù)靈敏度分析選擇參與優(yōu)化分析的參數(shù)。

　�。�3）利用isight生成DOE矩陣，產(chǎn)生設(shè)計(jì)變量，利用DOE輸出矩陣控制基礎(chǔ)模型，得到優(yōu)化分析模型進(jìn)行計(jì)算，其分析結(jié)果在isight中通過(guò)分析響應(yīng)面，選出最優(yōu)結(jié)果。

3.4優(yōu)化分析結(jié)果

　　正面碰撞分析結(jié)果對(duì)比，加速度第一峰值降低0.5m/s²，有效加速度降低0.7m/s²。

表1 計(jì)算結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)論

　　通過(guò)概念階段CAE優(yōu)化分析，快速驗(yàn)證參數(shù)化設(shè)計(jì)變量、料厚設(shè)計(jì)變量的綜合優(yōu)化作用，在彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、模態(tài)基本不變，碰撞加速度峰值和等效加速度降低的情況下，降低白車(chē)身質(zhì)量，為設(shè)計(jì)工程師提供了設(shè)計(jì)方向。

　　CAE優(yōu)化技術(shù)改變了工程師依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，進(jìn)行建模和CAE分析，把CAE作為一種驗(yàn)算的工作模式，通過(guò)CAE分析，科學(xué)地尋找最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)CAE驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。

　　概念設(shè)計(jì)階段的CAE優(yōu)化分析確定的車(chē)身基本結(jié)構(gòu)綜合考慮了汽車(chē)可靠性、安全性、NVH等性能指標(biāo)，減少了中后期大量反復(fù)的修改。降低成本給企業(yè)創(chuàng)造了利潤(rùn)，縮短開(kāi)發(fā)周期為企業(yè)搶得市場(chǎng)先機(jī)。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴(lài)品牌。

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