CAE技术在汽车产品设计制造中的运用分析

摘要：伴随我国汽车制造业的进一步发展，汽车产品质量成为了现阶段民众关心的主要问题，为了可以更好的保证汽车产品生产效率，引入了有限元分析技术。基于此，本文从汽车产品制造角度出发，对CAE技术的概念进行了分析，研究了该技术在汽车生产中的应用。希望可以通过以上论述，促进我国汽车制造业进一步发展。

关键词：CAE技术;车身覆盖件;结构强度

引言：

随着汽车制造技术的完善，CAE技术在汽车产品生产过程中，发挥着重要作用，不仅能够完善车身结构、优化零件设计，还可以应用模拟分析法以及动力仿真学，发现设计、生产过程中的错误和缺陷问题，及时进行优化和补救。因此，对CAE技术在汽车产品设计制造中的运用分析有着鲜明的现实意义。

1 CAE概述

CAE是一种计算机辅助工程，可以实现复杂产品和工程的结构分析，并且通过分析对结构进行优化。从微观角度讲，CAE的关键应该是信息集成，并且让信息集成贯穿产品生产制造的整个生命周期。应用CAE对产品进行分析，通常情况下可以分为三个阶段：第一，前期处理。这个阶段将会应用CAE技术对相关产品进行实体建模，涉及到构件的布尔运算、节点自动编号以及公式参数化导入等内容。第二，有限元分析。包含有限单元库以及材料库、约束处理算法，有限元系统组装模块，静力、振动、线性与非线性解法库。对于大型通用体的物理、力学和数学特征，可以将其分解成若干个子问题，由不同的有限元分析子系统完成。第三，后期处理。根据生产的具体需求，对有限元分析出的数据结果进行加工以及检测，并以图像的形式呈现。

2 CAE技术在汽车产品设计制造中的应用

2.1汽车结构强度分析

对于汽车而言，本身结构强度将会直接影响汽车整体安全性，因此CAE技术在这方面的应用较为广泛。结构强度的分析往往应用有限元分析方法进行，通过此种方法对汽车的结构强度进行合理计算，获得产品各个部位的强度值[1]。但是，汽车内部包含的零件以及各个组成部分众多，所以有限元分析方法会对产品的主要部分着重分析，例如车架以及悬架等结构。最为常见的有限元分析方法有：静力分析、瞬态分析以及特征值分析：

在静力分析过程中，将会得出汽车结构的应力数值以及应力位移分布情况，通过对数据进行比较，可以分析出产品哪个部位在工作荷载下不具备安全性，结构中应力集中点的位置，哪些部位强度不够，为结构改进设计提供理论基础。

特征值分析方法在应用过程中，会对产品各个部位特征进行分析，并计算出固有频率以及振型。工作人员通过对二者的分析，寻找出引起共振的部位和原因，并通过优化原有结构设计，避免共振的发生。

瞬态分析方法可以检测出，汽车产品在相应荷载动力下的应力以及位移等数据。例如，汽车在经过一个凹凸不平的路面时，各部位应力与位移都将会发生改变。以及这些数据与荷载之间的变化关系，以此为汽车结构整体优化设计提供数据支撑。

2.2车身覆盖件的计算机仿真

车身覆盖件是汽车重要的组成部分，并且形态较为复杂，自由曲面较多。该部件生产过程中包含几何非线性问题以及摩擦问题。传统的冲压生产中，为了解决上述问题，首先会对覆盖件模具进行设计，然后对胚料形状以及尺寸进行设计，最后制造覆盖件的模型原件。并根据这个模型原件，进行冲压试验，从多次冲压中总结经验，并进行调试。此种方法在应用过程中会消耗大量的物力以及人力，不仅生产成本较高，生产周期也较长。计算机仿真技术的应用，可以很好的解决以上问题。在设计初始阶段，计算机仿真技术可以对覆盖件模型以及制造可行性进行评价，并在冲压试验阶段进行故障分析，从而及时发现问题。后续的覆盖件批量生产环节，可以起到缺陷分析作用，根据分析结果及时调整材料，大大减少物力与人力资源的投入，降低生产成本。

2.3汽车碰撞安全性分析

以往對于汽车碰撞安全性分析主要应用运动方程式进行求解计算，但是在汽车运行过程中，运行路线以及车内人员情况都较为复杂，加之车内空间较小，不同使用者的碰撞规律无从把握，所以求解计算很难发挥作用[2]。CAE技术的应用可以很好的解决这个问题，应用有限元分析方法。对撞击时车身变形进行动态响应，并对人体多种碰撞情况进行多体动力学分析。以此为基础对安全气囊、安全带等设施进行计算机模拟，，根据最终的模拟数据分析汽车产品发生碰撞之后的安全性，不足之处合理进行优化。

结论：

综上所述，CAE技术可以在汽车产品制造过程中，发挥重要作用。该技术通过对整车结构、车身覆件等内容的应用分析，可以完善设计方案，进一步缩短产品的生产周期;可以优化制造过程，进一步提高生产效率;可以降低汽车制造生命周期的损耗，进一步降低生产成本，促使企业经济效益最大化。

参考文献：

[1]关于举办首届中国数字仿真联盟论坛暨第15届中国CAE工程分析技术年会的通知[J].计算机辅助工程，2019（01）：73-74.

[2]张龙江，姚红汝.铸造CAE技术在大型球铁件中压外缸产品工艺设计中的应用[J].中国铸造装备与技术，2019，54（01）：45-49.

作者简介：赵学鹏，1996年07月01日，男，籍贯：河北保定易县白马乡，职称和学历：本科，研究方向或专业：车辆工程，机车方向。