CAE技术及其在车辆行业的应用.ppt

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1、CAE技术及其在车辆行业的应用,一、CAE技术简介1.CAE技术随着科学技术的进展进步提高，产品在趋于多样化、智能化的同时，会必然性地趋于复杂化。对于复杂的工程，许多人都期望能在商品生产曾经对预设方案施行非常准确的尝试、剖析和论证，这些个办公需求借助计算机成功实现，就是计算机匡助工程，即CAE（Computer Aided Engineering）。CAE是涵盖产品预设、工程剖析、数值管理、尝试、仿真和制作的一个综合过程，关键是在三维实体建模的基础上，从产品的预设阶段着手，按实际条件施行仿真和结构剖析，按性能要求施行预设和综合名声，以便从多个方案中挑选最佳方案，还是直接施行预设优化。到现在为止

2、，为了更好地施行各工程阶段的办公，预设担任职务的人已越来越多地使用计算机匡助手眼，于是萌生了一系列的技术分支，如计算机匡助预设CAD（Computer,Aided Design）、计算机匡助尝试CAT（Computer Aided Test）、计算机匡助工艺过程预设CAPP（Computer Aided Process Planning）以及计算机匡助制作CAM（Computer Aided Manufacturing）等，有时候将他们统称为CAX技术。2.CAE软件 在工程中应用CAE技术，需求一个载体，而CAE技术的载体就是CAE软件。CAE软件是接合计算力学、计认真算数学、有关的工程科学

3、、工程管理学和现代计算技术，而形成的综合性、知识密布型信息产品。CAE软件大体可以分为专用和通用两类。专用软件，即针对特别指定类型的对象所研发的用于性能剖析、预先推测和优化的软件。从意义广泛上说，预设担任职务的人手边的一点小计算手续都可以觉得是专用CAE软件。通用软件，即可以对多品,类型对象的物理、力学性能施行剖析、摹拟、预先推测、名声和优化，以成功实现产品科技改革的软件。通用CAE软件主要指大型通用经济活动化软件，如NASTRAN、ADAMS、ANSYS、MARC、ADINA以及ABAQUS等。3.CAE涵养CAE技术主要涵盖以下三个方面的内部实质意义：(1)有限元法的主要对象是零件级，涵盖

4、结构刚度、强度剖析、非线性和热场计算等内部实质意义；(2)仿真技术的主要对象是分系统或系统，涵盖虚拟样机、流场计算和电磁力场计算等内部实质意义；(3)优化预设的主要对象是结构预设参变量。从使用有限元法对已预设产品的性能施行简单校核，逐层进展到对产品质性格能的正确预先推测，再到对产品办公过程的非常准确摹拟仿真，有限元法和仿真技术施展了关紧效用，博得了许多人的存在广泛信任。不过，增长产品竞争力不惟需求增长产品的性能、品质,，也要降产量低品的成本，缩减研发周期。最优化技术引入CAE办法，使许多人从多而重的试凑办公中解脱出来，CAE技术也达到达一个新高度。在用CAE技术解决工程实际问题时，需求注意以下

5、两点。(1)CAE办公是一项困难程度较大的办公。一项办公，不会由于有了三维实体板型和负荷就可以立刻得出最后结果。其实，有了三维实体板型往后，需求做数量多的板型改换和改正办公才有可能获得准确的剖析板型，这项办公一般占到办公量的70以上，事情状况复杂时有可能需求更长的时间。(2)普通的CAE剖析都基于结构材料无损陷、不存在工艺问题这么一种如果。一个结构假如在运用中偶然性显露出来问题，那有可能是结构本身的端由，也有可能是材料或工艺方面的端由，但假如问题重复显露出来，则一定是结构端由，务必施行CAE剖析。假如材料和工艺方面存在问题，普通的CAE剖析论断是不舒,服合使用的，错非施行相关材料和工艺的专项C

6、AE剖析。4.CAE在产品研究制造中的效用在产品性命周期中，信息量（对产品质性格能的理解）惠风险与研究制造阶段的关系，如图1所示。图1信息量与风险的关系图中横坐标是研究制造阶段，纵坐标是信息量惠风险，可以看出，掌握的信息量和存在的风险基本上呈轴对称形态，掌握的信息量越大，则风险越低。传统的技术在早期不可以为用户供给更多的产品信息，高风险也就必然性，而认为合适而使用CAE技术可以提前获得产品信息，使两条曲线的升涨和减退段同时向左移动（如箭图所示），就可以减低风险。风险的减低，不但可以减低研究制造成本，还缩减了研发周期，增长了产质量量，加强了产品竞争力，这么就能够在竞争一天一天地走向紧张的市场上比

7、对手更早推生产品，增加市场霸占率。CAE在减低成本方面的效用，如图2所示。图2 CAE在减低成,本方面的效用在产品研究制造过程中，多种因素的抑制，难以避免会萌生各种问题。曾经最常用的解决方法是，请资深专家或认为合适而使用相应的剖析工具找出端由，采取对应处理办法。一般事情状况下，固然提出的改正提议也许只是针对某个零器件的，但对于车辆这么一个复杂的系统来说，往往是牵一发而动浑身，在解决一个问题的同时，又有可能带来其它问题。为防止一系列改动，预设担任职务的人有时候只好做一点妥协，固然能在一定程度上解决问题，但不可以根本解决，也就增加了产品投入生产后的保护成本。假如在早期认为合适而使用CAE技术，固然

8、加大了前一阶段投入，但减低了后续的产品研发花销。投入总量和传统作法相形要少得多，并且在产品投入生产后，能将投入保持在很低的水准，从总体上来说，减低了产品研发的总花销，也使产品的上市时间得以提早。正是思索问题到CAE技术的上面所说的长,处，在国度经贸委会同政务院相关部门于2002年六月制定的国度产业技术政策中，将CAE技术归入第1重点产业技术趋势“高科技及产业化”的关紧内部实质意义。二、虚拟样机1.虚拟样机技术机械工程中的虚拟样机技术又叫作机械系统动态仿真技术，是20百年80时代随着计算机技术的进展而显露出来的一项CAE技术，它归属计算机匡助工程的一个关紧分支。在虚拟样机技术中，工程师在计算机上

9、树立样机板型，对板型施行各种动态性能剖析，再改进样机预设方案，用数码化方式接替传统的实物样机实验。虚拟样机技术与有限元办法的主要差别在于，它是从系统的层面上剖析系统，因为这个虚拟样机技术对预设办法和过程的影响比有限元技术的影响要大。使用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品的预设研发过程，大幅度缩减产品研发周期，数量多减损产品研发花销和成本，表面化增长产质量量，增长产,品的系统级性能，取得最优化的预设产品。到现在为止，虚拟样机技术已经广泛地应用于各个领域，涵盖交通工具制作业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制作业。在各个领域里，针对各种产品，虚拟样机技术都可以为用户节约费用、时间，并供给良

10、好的预设方案。2.虚拟样机技术的独特的地方在虚拟样机技术显露出来曾经，传统的预设形式是由下到上，即从器件预设到整机预设。这种形式的弊病是预设师往往把注意力集中在细节上，因此疏忽了群体性能。这种事物在我国常常发生，在对海外的引进样机的整机性能还输理解透彻的事情状况下，就着手照抄零件，最后结果很有可能是重复人烟走过的弯路，甚至于会显露出来一点笑话。这么做的最后结果只能是产品永恒比另外的人至少滞后一代，水准永恒上不去。而经过虚拟技术，就能以较低的代价摸索另外的人的预设思考的线索，在仿造中改进、创新，增长自,个儿的开发水准。在传统的预设过程中，一般都是先提出目的，而后行子系统和器件预设，再通过出产加工

11、组装成整车，而最终预设出的产品能否达到预设要求，只有经过对物理样机施行尝试能力得出论断。假如尝试时只发觉一点小问题，那只消做简单改动就能够解决，但假如发觉重大问题或系统问题，有可能就需求推倒原预设。由此可见，这种标准样式存在非常大的认识不清性，风险较大。借助于虚拟样机技术，在产品基本预设完成后，在施行产品加工曾经就能够对整车性能有一个大概的理解，防止代价极其昂贵的系统预设差错。早期阶段的虚拟样机的仿真最后结果还可以做零件预设时参照，例如，动力学或静力学剖析的最后结果可以用来引导零件的强度预设。与传统预设过程相形，增加了虚拟装配、虚拟尝试等过程，产品只有在达到产品要求后，能力进入了加工、装配和实

12、物尝试。虚拟样机的效用还可以经过传统预设与,现代预设过程的相比较来解释明白。在传统预设中，从产品预设到定型往往要通过“预设加工尝试”多次循环，每每循环都牵涉到到物理样机的加工和尝试，导致数量多的时间、人的劳力和物力耗费。而在现代预设中，在预设和加工之间增加了虚拟样机尝试这一环节，无须再施行“预设加工尝试”循环，在节省花销的同时，有帮助于趁早发觉预设欠缺，成功实现优化预设，缩减研讨研发周期。3.虚拟样机应用效果家喻户晓，在产品研发的不一样阶段，越晚发觉问题，就需求消耗的钱越高的成本，同时也延长了研发周期，尽早发觉问题很关紧。丰田交通工具研发过程的计数数值，如图3所示。图3 丰田交通工具研发计数数

13、值在九十时代开始的一段时间的研发过程中，经过增强各部门之间的沟通和协调，可在初样机前发觉40的问题，在正样机前发觉75的问题。在九十时代中期应用三维CAD施行试题预设后,，在初样车、正样车前发觉问题的比例作别达到达50、90（我们正处于这个阶段）。在九十时代末年应用虚拟样机后，在初样车、正样车前发觉问题的比例作别达到达80、95。既是在正样机前95的问题都已发觉并获得解决，则正样机的关紧性大为减低，因为这个节约了局部手续，在不影响产质量量的前提下将开发时间和成本缩减了30百分之百40百分之百。另据资料，丰田佳美在认为合适而使用虚拟样机技术后，开发时间减损了10个月，人的劳力投入减损了20百分之

14、百，开发成本减低了30百分之百，样车数目减损了65百分之百。另一个成功例子是福特企业在认为合适而使用CAE技术后，也将研发每款新车的实验回数从300次降到80次。三、CAE技术进展发展方向CAE技术的进展发展方向可以赅括为，认为合适而使用最先进的信息技术，吸纳最新的科学知识和办法，扩大充实CA,E软件的功能以增长其性能。这主要涵盖以下三方面的内部实质意义。(1)功能、性能和软件技术方面：涵盖三维图形处置与虚拟事实、面向对象的工程数值库及其管理系统、多相多态媒介耦合、多物理场耦合以及多尺度耦合剖析以及适合于超级并行计算机和机群的高性能CAE求解技术。(2)多电视台用户界面与智能化：涵盖多电视台的

15、用户界面、加强的建模和数值处置功能以及智能化用户界面。(3)CAX软件的无缝集成：多种专业领域的CAE 计算剖析软件的集成化，成功实现对大型工程和复杂产品的各个方面计算剖析和运行仿真，将变成CAE 软件集成化的另一个关紧方向。四、CAE技术应用实际的例子近几年，CAE技术在笔者存在的地方单位施展了关紧效用，解决或匡助解决了很多工程困难的问题，并获得了令人注目的绩效。下边作别绍介一下子今年前一年以来的几个实际可作例子的事。预设引擎,发动机机油箱时，对原预设的结构施行剖析，最后结果表明假如各安装位置间没有相对位移，那末结构应力远小于许用值，结构不会发生毁坏。进一步剖析表明，纵然安装位置间有一毫米的

16、相对位移，危险部位也将萌生非常大的应力而引动毁伤，这就需求挑选合适的安装固定形式，为改进预设供给了理论根据。为解决型号车多次显露出来的掉转共振问题，对传动系统作了多次扭振性能计算，最后找到达合宜的联轴器参变量，这些个参变量在新的预设方案中获得了应用，并经过了实车考察审核，直到现在未显露出来过同类问题。对两栖车等水上推进器施行了数十个方案比较，选出了最佳方案，省去了多次性能尝试，仅以每每直接尝试花销15万元计算，效益也是很可观的，这还不涵盖缩减出产时间所带来的益处。局部剖析最后结果已经获得了有关实验的证验，两者误差不超过5，充分解释明白了剖析的管用性。对某型车总体,动力学性能施行仿真计算，获得了

17、底盘在经过铅直墙、跨堑壕、爬坡等过程中车辆的一点关紧参变量及关紧零器件所承担的负荷，为深化理解整车性能和确认零器件负荷打下了基础，那里面大多参变量是过去很不容易得到到的，甚至于在预设阶段是没可能获得的，这对引导预设有着意要意义。五、几点提议最终，作者提出以下几点提议。(1)要给与CAE足够的看得起。一项新的技术从提出到应用再到产发生效力益总有一个生长的过程，特别是在开始走阶段，还尤其需求多种方面的看得起和支持，只有这么，能力并肩把这项工做作好。(2)CAE的价值有非常大一小批隐含或表现出来在预设办公中，因为这个，单从CAE部门自身的效益很不好看出办公的价值。额外，还要理顺关系，责权明确，防止显露出来“做好了是预设担任职务的人的功劳，做非常不好是剖析担任职务的人的责任”的现象。(3)CAE行业正处于,一个迅速进展、生长一段时间，在业担任职务的人流动性较大，因为这个有不可缺少从政策上对此予以指导和帮扶，采取管用处理办法吸引、留住人材，保障办公的连续不断性。(4)如今的CAE技术已经基本成熟，CAE软件的可用性、靠得住性和计算速率问题已经基本解决，CAE软件应当变成预设工程师成功实现工程创新、产品创新的得力帮办和管用工具，一点比较简单的剖析计算可以在CAD软件上直接完成。(5)趁早发觉问题、解决问题。能在预设早期施行CAE剖析，趁早发觉有可能存在的问题，是对预设办公的一个关紧补给。,