1 前言

　　現(xiàn)代汽車(chē)開(kāi)發(fā)是一個(gè)綜合與分析的互逆過(guò)程。綜合與分析在汽車(chē)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的不同階段，發(fā)揮不同的作用申眼，從概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)的開(kāi)發(fā)流程，實(shí)際是一個(gè)從系統(tǒng)綜合到系統(tǒng)分析的流程蝉衣。在開(kāi)發(fā)階段初期括尸，有充分的設(shè)計(jì)自由度，但有關(guān)設(shè)計(jì)的參數(shù)病毡、數(shù)據(jù)則較少濒翻，我們關(guān)注的是產(chǎn)品的整體性能，例如：平順性啦膜、操縱穩(wěn)定性等有送，利用Nasran軟件，我們能夠在設(shè)計(jì)初期結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)僧家、客戶意見(jiàn)反饋設(shè)定好整車(chē)設(shè)計(jì)性能指標(biāo)（設(shè)計(jì)目標(biāo)）雀摘；在詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段宜柱，根據(jù)整車(chē)性能指標(biāo)，逐級(jí)分解到車(chē)身编喊、底盤(pán)等各個(gè)子系統(tǒng)拣薄、零部件上，最終體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)上呀胁。

　　2 汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程

　　現(xiàn)在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)更加整合已有資源招狈、優(yōu)化配置，更加強(qiáng)度產(chǎn)品的整體性能殖吧，比如平順性类棍、操縱穩(wěn)定性，高端的在整車(chē)NVH方面有更高的要求牧返。無(wú)論是商用車(chē)還是乘用車(chē)堡迷，車(chē)身設(shè)計(jì)一直是現(xiàn)代整車(chē)設(shè)計(jì)的核心技術(shù)，有限元在車(chē)身設(shè)計(jì)發(fā)揮的作用遠(yuǎn)超過(guò)其他方面弥铸，下文結(jié)合IDEAS CAE骇幽、Nastran軟件介紹有限元在車(chē)身設(shè)計(jì)的各個(gè)階段發(fā)揮的不同作用。

　　2.1 整車(chē)性能設(shè)計(jì)

　　汽車(chē)的平順性主要是指保持汽車(chē)在行駛過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)和沖擊環(huán)境對(duì)乘員舒適性的影響脸候，是現(xiàn)代高速汽車(chē)的主要性能之一穷娱。研究對(duì)象主要是整車(chē)懸架系統(tǒng)、前后軸荷运沦、整車(chē)慣性質(zhì)量等泵额，利用IDEAS CAE人性化的前處理界面和Nastran豐富的單元庫(kù)，能在概念設(shè)計(jì)階段快速携添、準(zhǔn)確的建立多自由度整車(chē)和動(dòng)力系統(tǒng)模型嫁盲，進(jìn)行模態(tài)、瞬態(tài)響應(yīng)烈掠、隨機(jī)響應(yīng)分析羞秤，對(duì)整車(chē)系統(tǒng)的平順性、人體的響應(yīng)做出評(píng)估左敌；結(jié)合試驗(yàn)瘾蛋、先期客戶反饋意見(jiàn)、專(zhuān)業(yè)人士主觀評(píng)價(jià)母谎，設(shè)立設(shè)計(jì)目標(biāo)瘦黑，指導(dǎo)后繼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

　　利用Nastran提供的SOL 200求解序列奇唤，可以以懸架系統(tǒng)的剛度趾倾、阻尼為設(shè)計(jì)變量，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織的要求對(duì)各個(gè)頻段頻率進(jìn)行加權(quán)優(yōu)化，設(shè)計(jì)出平順性最佳的前后懸架剛度绑功、阻尼系數(shù)泵易。

　　2.2 車(chē)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.2.1車(chē)身截面、接頭設(shè)計(jì)

　　接頭（Joint）和梁（Beams）是決定整車(chē)剛度和全局模態(tài)的主要因素窥书，它們控制著整車(chē)低頻的Boom和振動(dòng)（Shake）碴厂；截面特性（Section Property）決定了梁的特性。因此偷被，通過(guò)對(duì)截面形狀刮盗、厚度以及結(jié)構(gòu)特性的分析，在汽車(chē)概念設(shè)計(jì)階段逝遣，初步估計(jì)和評(píng)價(jià)標(biāo)桿樣車(chē)的主要承載結(jié)構(gòu)的抗彎书县、抗扭模量、截面面積耽盛，對(duì)整車(chē)的部件的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)改進(jìn)有著重要的指導(dǎo)意義叉屠。IDEAS CAE提供了豐富的截面庫(kù)，同時(shí)忿檩，允許用戶

　　2.2.2 車(chē)架尉尾、車(chē)身模態(tài)分析

　　車(chē)身設(shè)計(jì)應(yīng)滿足車(chē)身剛度和強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。

　　剛度不足燥透，將會(huì)引起車(chē)身的門(mén)窗沙咏、發(fā)動(dòng)機(jī)艙口等發(fā)生變形，導(dǎo)致玻璃破碎班套、車(chē)門(mén)卡死等現(xiàn)象芭碍；同時(shí)，低剛度必然伴隨低的固有頻率孽尽，易發(fā)生結(jié)構(gòu)共振和噪聲，影響人的乘坐舒適性忧勿。利用Nastran SOL103 進(jìn)行結(jié)構(gòu)杉女、聲腔模態(tài)求解，可以在設(shè)計(jì)初期識(shí)別系統(tǒng)整體鸳吸、局部模態(tài)頻率熏挎、振型；結(jié)合整車(chē)設(shè)計(jì)要求晌砾，對(duì)不同頻率障昆、各個(gè)子系統(tǒng)之間的相互作用做出評(píng)估，從而采取合適的設(shè)計(jì)策略合理的分布車(chē)身系統(tǒng)的頻率衫荒；同時(shí)根據(jù)計(jì)算結(jié)果盲陨，對(duì)于影響室內(nèi)噪聲的部位，在考慮成本、安裝條件岂便、設(shè)計(jì)目標(biāo)的選取合適的阻尼材料椿啦，達(dá)到最優(yōu)的減振、降噪目的∩畹螅現(xiàn)代車(chē)身用骨架構(gòu)件加薄鋼板互相連接估董，形成承載結(jié)構(gòu)的“網(wǎng)絡(luò)”，它們之間互相依存贪类。車(chē)身設(shè)計(jì)十分強(qiáng)調(diào)承載結(jié)構(gòu)的合理性胃愉，不論受靜力還是受變化的力，車(chē)體本身各部分都要和諧地變形暑尝，沒(méi)有特別薄弱的環(huán)節(jié)现粗。利用模態(tài)分析，可以幫助設(shè)計(jì)工程師確定車(chē)身薄弱環(huán)節(jié)把曼，在最少的設(shè)計(jì)循環(huán)下杨帽，找到合理的改進(jìn)措施。

　　利用UGS的IDEAS CAE軟件嗤军，可以模擬焊點(diǎn)聯(lián)接注盈，它提供通用的兩種模擬方法CWELD和ACM2，并且焊點(diǎn)的生成與網(wǎng)格無(wú)關(guān)叙赚，能夠輕松的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)更改而不必重新做焊點(diǎn)老客。其有限元模型的裝配管理模式，可以方便的實(shí)現(xiàn)三維CAD數(shù)據(jù)和CAE有限元模型的關(guān)聯(lián)震叮，當(dāng)三維模型幾何胧砰、定位發(fā)生改變時(shí)，只要點(diǎn)取有限元裝配更新苇瓣，不必重頭再做尉间，提高了工作效率。

　　通過(guò)車(chē)身結(jié)構(gòu)击罪、車(chē)身聲腔模態(tài)分析哲嘲，可以發(fā)現(xiàn)二者之間的耦合關(guān)系，為車(chē)身NVH設(shè)計(jì)提供指引崭夺；通過(guò)車(chē)身宁斋、車(chē)架模態(tài)分析可以為車(chē)身懸置位置布置提供指導(dǎo)。 強(qiáng)度不足則引起車(chē)身構(gòu)建早期出現(xiàn)裂紋和疲勞斷裂史代。利用Nastran SOL101 進(jìn)行強(qiáng)度分析慧男，可以在設(shè)計(jì)階段提前發(fā)現(xiàn)車(chē)身構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié)、剛度變化是否合適乐玛，快速實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)計(jì)之間的對(duì)比比摆，減少設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的盲目性傻牙。

　　2.3 整車(chē)有限元分析

　　在IDEAS CAE模塊中建立整車(chē)模型，通過(guò)強(qiáng)度杀坟、剛度計(jì)算青礁，可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)部件之間、各個(gè)系統(tǒng)的力的傳動(dòng)關(guān)系源玉，檢驗(yàn)與設(shè)計(jì)目標(biāo)是否相符谋监；通過(guò)模態(tài)分析，可以發(fā)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的頻率分布炼吴，指導(dǎo)NVH設(shè)計(jì)本鸣。結(jié)合Nastran SOL200 可以同時(shí)考慮模態(tài)、整體剛度硅蹦、關(guān)鍵部位強(qiáng)度對(duì)各個(gè)部件的設(shè)計(jì)靈敏度等進(jìn)行計(jì)算荣德，在保證強(qiáng)度的前提下，進(jìn)行減重設(shè)計(jì)童芹、部件優(yōu)化涮瞻。

　　3 結(jié)論

　　福田公司通過(guò)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中開(kāi)展CAE工作，提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)質(zhì)量假褪、縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期署咽、節(jié)約了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)。概括起來(lái)生音，采用CAE的優(yōu)點(diǎn)如下：

　　1宁否、 采用計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）手段，可以在樣品缀遍、樣車(chē)之前慕匠，模擬零部件甚至整車(chē)的性能和工作狀況，避免傳統(tǒng)上的設(shè)計(jì)－試制－測(cè)試－改進(jìn)設(shè)計(jì)－再試制的重復(fù)過(guò)程域醇。減少了時(shí)間上的浪費(fèi)隔阔、縮短了開(kāi)發(fā)周期，減少了人力肖升、物力和財(cái)力上的消耗而減低開(kāi)發(fā)費(fèi)用坐默。

　　2、 國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)部門(mén)隨著三維設(shè)計(jì)的普及驱偿，為開(kāi)展CAE工作奠定了基礎(chǔ)，使開(kāi)展同時(shí)工程成為可能浓先；同時(shí)乓托，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)用CAE技術(shù)，也改變了CAD在開(kāi)發(fā)中只進(jìn)行幾何模型定義矢老，在開(kāi)發(fā)同時(shí)進(jìn)行功能設(shè)計(jì)剿营、性能設(shè)計(jì)。

　　3、 在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中開(kāi)展CAE工作千绍，改變了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性分析疾词、缺少定量數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)方法，使產(chǎn)品減重灌旧、性能優(yōu)化成為可能绑咱；同時(shí)，采用CAE計(jì)算能在短時(shí)間內(nèi)嘗試和比較更多的設(shè)計(jì)方案枢泰，因而有可能獲得較佳甚至最優(yōu)的設(shè)計(jì)而提高開(kāi)發(fā)質(zhì)量描融。

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