车身结构概念设计集成系统的实现_cae_产品创新数字化(plm)_481

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1、车身结构概念设计集成系统的实现_CAE_产品创新数字化(PLM)0引言   概念设计是车身结构设计中保证结构性能的重要阶段，在概念设计阶段中所产生的设计缺陷往往不能在以后的设计中加以弥补。目前，车身结构设计方法已经发展到以并行工程为主要模式的现代车身设计方法。该方法要求设计与分析并行，车身结构分析贯穿整个设计过程，包括概念设计和详细没计阶段；优化的思想在设计的开始阶段就被引入，以寻找最优的思想，并将其贯穿于整个设计阶段。现代车身设计方法能够及早发现设计中的问题，减少了设计成本，缩短了开发周期。因此它是一种以计算机辅助工程(ComputerAidedEngin

2、eering，CAE)技术为核心，集设计、分析、优化为一体的综合技术。   CAE技术已经广泛应用于国内的车身设计领域，早在1996年，采用有限元分析的方法，对桑塔纳2000型白车身进行了研究，并找出了提高其扭转刚度的方法。由于我国车身的自主研发能力较弱，缺乏系统的整车正向设计能力，车身结构分析工作一般局限于在产品完成后进行整车性能的分析与实验，概念设计阶段的研究成果较少，基于ANSYS软件，实现了某三箱车概念设计阶段参数化流程，可初步计算该车的强度及模态。在国外，CAE技术已经应用于车身设计的各个阶段，因此，随着车身设计技术的逐步发展，能够支持车身概念设计

3、、可通用且集设计、分析和优化为一体的技术，将为各大汽车公司所需要。   本文所实现的车身结构概念设计智能CAE软件，简称为VCD-ICAE(VehicleConceptDevelopment-IntelligentCAE)，基于汽车行业常用的软件NX平台，该软件以CAE技术为核心，运用“分析驱动设计”这一新的概念设计理念，可方便、快捷地实现车身几何建模、分析计算和结构优化，为用户提供合适的车身结构概念设计方案。1系统功能和特点   VCD-ICAE系统采用了一种智能CAE综合分析技术。该技术以CAE为核心，融合了参数化设计、模板技术和优化方法等先进的设计分析

4、技术，可快速建立参数化概念车身的几何模型；生成有限元网格模型和边界约束载倚；通过调用外部求解器进行强度和模态计算，生成后处理视图和产品设计报告；还可对概念车身的梁和板组合结构进行参数优化，实现对车身梁截面形状的形状优化，指导和帮助用户得到满意的设计方案，最终实现“分析驱动设计”这一新的概念设计理念。其技术特点有：   (1)使用了Wizard向导式界面，引导用户操作，无缝集成NXNastran求解器，便于用户掌握。   (2)采用了模板技术，进行车身几何自动化建模，模板技术可使系统具有通用性，可应用于各种车型结构的概念设计。   (3)采用了全参数化技术，实

5、现了车身设计各阶段的参数共享，保证了优化的结果，实时地对设计方案的更新。   (4)采用了自动的网格技术，自动划分车身网格，还可对不规整的网格进行自动调节。   (5)可根据实际材料的厚度规格，对车身的厚度参数进行优化，可实现车身梁截面的形状优化，为详细设计提供指导。   (6)可生成中、英文的设计报告，报告采用可扩展标记语言(eXtensibleMarkupLanguage，XML)格式，用户可定制报告内容。2系统的结构和流程   由于车身结构的复杂性，为了简化几何模型的生成过程，缩短研发周期，选用了在汽车行业较为常用的软件平台——SiemensPLM的N

6、X5.0作为开发平台，使用NX／OpenAPI开放的二次开发语言来完成系统设计，系统通过NX／Styler界面工具建立向导型界面，车身结构概念设计的整个流程通过该界面的引导来完成。图1为该系统结构框图，该系统分为用户层、逻辑层和物理层。用户层体现了系统的功能，可分为四个模块，分别为概念车身的几何建模模块、有限元建模模块、求解与后处理模块、车身结构优化模块，共计27个步骤。逻辑层为系统的总体参数数据结构，通过NX／KF技术与模型中的参数保持一致。物理层用于存储设计参数数据，为系统提供相应的数据库数据，如截面库、材料库、车身参数库等。物理层数据与逻辑层数据通过N

7、X／Spreadsheet接口进行参数传递，用户层读取逻辑层数据作为系统的参数，并保持实时的更新，保持VCD-ICAE系统参数的一致性。图1VCD-ICAE系统框倒2.1基于模板法的车身参数化几何建模   VCD-ICAE几何建模过程如下：导入车身外形文件；按照车型确定车身模板；调节车身模板的“硬点”框架，以逼近车身设计外形造型；用户可按照新的设计意图再进行一些局部调整，如增加或减少梁；通过截面库赋予车身梁的截面信息，最终形成车身几何模型。   车身设计模板如图2所示，由于处于概念设计阶段，可将车身化为能够反映车身主要性能的梁和板组成的简化结构，在进入有限元

8、模型后，每根梁将被赋予真实的截面形状进行计算，确保简