轻型四轮汽车的cae分析

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1、声明：由于本人水平有限，可能翻译有错误之处，望大家批评指正，期待跟大家一起讨论、研究。（xqkuai）―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――轻型四轮汽车的CAE分析藤澤一志太田雅昭姫野哲児杉浦正丸山誠司摘要近些年的汽车开发，IT化、全球化成为主题，一些数字模型、虚拟工厂等技术被应用的大规模改革正在进行。CAE也随之在车身等各个部分的分析中进一步发展，和更近于真车实验的车辆仿真技术一起，运用这些分析技术于车型开发。本论文就是基于运用那些CAE技术进行轻型四轮汽车的新车开发的事例，研究它的有效性。1.前言尽管消费

2、低迷，但轻型四轮汽车（以下，简称轻型汽车）的销售额却持续增加。这种轻型汽车的规格有所增加，全长3.3到3.4米，宽1.4到1.48米，同时在高速公路上可达100km/h的速度，为适应顾客的要求将进一步提升低价格、低燃油的商品性能。为提高这种规格变大的轻型汽车的性能，CAE在改进对策研究和验证及分析现象上起到了作用。本论文讲述以此为背景的CAE技术，就是使用大规模有限元模型（FE模型），对车辆的强度刚性、振动噪音、碰撞安全、运动性能综合性研究的分析技术和研究使车室内变得舒适的热流体的分析技术。2.车型开发上的CAE应用现在，基于有限元（FEM）的CA

3、E分析，取得了一定成绩，从早期研究到后期性能改良上被应用。伴随着车型开发的时间缩短，设计、实验等各部门并行工作中，CAE的及时输出显得相当重要。作为解决方法之一，同公司共用车身的大型FE模型，谋求模型建立的效率化，提高车型开发的适用性。另外，更进一步，可以以同一结构基础，系统的进行强度刚性、振动噪音、碰撞安全、运动性能的综合CAE研究。3.强度、刚性3.1轻型汽车的强度、刚性近年来的轻型汽车要求与小型车同样的迎面碰撞安全性、车室内的静音性，相应的对策就是重量增加了。因此，包括车身在内的汽车构成部件，为了继承轻型汽车重量轻、低燃油的优点，保持一直以来

4、的强度和刚性的同时在改变结构、更换材料等方面，以求更轻成为重点。3.2强度、刚性CAE分析的应用强度刚性分析预测的是从对象整体的刚性到局部的应力集中、疲劳耐久性。分析在各个部分进行，有关影响分析精度的负荷条件、约束条件上，采用和真车实验的相关数据。另外，作为设想行驶的真车的强度、刚性分析，只应用在车身的开口部位变形的开发上，其他的尚在开发中。下面具体讲述6项。3.2.1静刚性的预测（1）车身静刚性车身骨架的刚性必须考虑响应行驶时路面输入的振动噪音、乘坐舒适性、操作安全性之类基本性能、车门开关触觉的实用性等，顺利完成设定的目标值。本研究如图2所示使用

5、共用模型判定加载车身的静力弯矩、扭矩时的刚性值、挠度分布、门附着的开口部位的变形量。图3是预测车身刚性指标之一的弯曲刚性的例子，为了结构、断面形状的适应性，研究减少板的厚度。（2）外壁板刚性车顶、车门等的外壁板在铸模之类时必须考虑结实感、耐电镀性的刚性。图4所示为车顶在受到强制形变时，由于改变车顶的曲率半径发生横向移动现象（剪切形变）的例子。3.2.2破坏强度的预测用在车辆拖拽时的拉钩的强度、碰撞时安全带承受的强度，对于超出极限的输入的变形量要求控制在规定范围内。所以要进行弹塑性区域内的研究。3.2.3耐久强度的预测（1）车身耐久强度车身的真车耐久

6、性实验就是在各种路面行驶规定的距离后从各部位的破损情况判断出好坏。耐久寿命就是根据这些实验的行驶距离和应力的判断值进行线性范围的应力计算、用SN图示预测的。另外，在高应力集中部位，更加细化周边的单元尺寸来提高计算精度。图5所示为改变结合部位的结构以降低两门附近的应力集中的例子。（2）功能部件的耐久强度功能部件的耐久强度也用和车身的耐久强度一样的手法预测寿命。图6所示为在燃油箱施加内压时的高应力集中部位，改变面流、形变R的图示。4.碰撞安全4.1轻型汽车的碰撞安全针对汽车的碰撞安全的要求升高，近年来的车型开发着眼于确保车辆碰撞时搭乘者的生存空间。另外

7、，采用为了缓和碰撞的冲击G及搭乘者与车室的二次碰撞、谋求降低乘员伤害值的安全结构和约束装置。轻型汽车也追求和普通车同样的安全性能。新规格的车辆推出全长增加了100mm，宽度扩大了80mm为基础的安全措施。另外，根据汽车事故对策中心的评估（JNCAP），接近于小型车同样的安全性能。但是，车重轻的轻型汽车考虑互换性的话，和重的车比安全性上不利。因此，必须采用比普通车更强的结构。轻型汽车的安全对策也和普通车一样，对于从各个角度的碰撞都必须确保搭乘者的生存空间。为此就要提高车室强度、抑制变形量。另外，把提高吸收从碰撞开始到车室变形期间的车身变形（碰撞击打）

8、的能量、缓和对车室的冲击的结构作为根本。而且，对于从车辆前方来的碰撞，必须考虑对物、对车最大程度碰撞的正面碰撞和在碰撞事故