CAE在汽车开发中的应用与实施

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　　一、引言

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　　CAE在汽车等机械产品的开发中应用非常广泛。如采用有限法(FEM)计算机械零件的应力和变形进行强度和刚度分析；采用多体动力学方法进行汽车整车的操纵稳定性和行驶平顺性的动态仿真分析；采用有限元法进行汽车碰撞分析；采用有限元法和边界方法(BEM)分析汽车的噪声等等。可以说，CAE在汽车产品开发过程中所发挥的作用已经无法被取代。

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　　CAE在汽车产品开发过程中的作用集中体现在三方面：

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　　1.CAE极大地缩短了产品的研制周期，在建模和分析过程中采用实体造型和参数化，模型和参数的修改都很方便，最终确定合理的结构参数所需时间得到大幅度的缩短。

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　　2.减少了开发费用。相对于道路试验和室内台架试验而言，利用CAE分析汽车整车及零部件的各种性能所需要的费用大幅减少。

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　　3.有利于通过优化等手段开发出性能更为优越的汽车整车和零部件。譬如通过优化车架和车身的结构参数减轻整车重量；通过优化行走系和转向系的参数提高整车的操纵稳定性和行驶平顺性等。

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　　当然，从实际应用的角度来说，汽车CAE作用的发挥还依赖于两个重要前提。其一是对CAE技术的熟练掌握，另一个是要提供最基本的实验数据和相关数据库。这里所指的基本实验数据，是指像轮胎特性数据、道路特性数据、各种材料的力学特性等。所谓相关数据库是指企业在产品设计和开发过程中不断积累的、能够提供结构形式和主要参数(包括价格、外协情况等)的数据库。除此之外，要更好地实施CAE并发挥其作用，必需与CAD/CAPP/CAM、优化技术等结合起来加以综合运用。

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　　本文主要介绍CAE在汽车产品开发中的应用及具体实施，并对CAE与CAD、CAPP、CAM和优化技术的关系加以探讨。

　　二、CAE在汽车产品开发中的应用

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　　CAE在汽车产品开发中的应用范围非常广泛。这里就几个主要方面的应用加以介绍。

　　1.结构强度和刚度的分析

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　　有限元法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而到普遍采用，特别是在材料应力应变的线性范围内更是如此。另外，当考虑机械应力与热应力的偶合时，像ANSYS、NASTRAN等大型软件都提供了极为方便的分析手段。

　　(1)车架和车身的强度和刚度分析

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　　车架和车身是汽车中结构和受力都较复杂的部件，对于全承载式的客车车身更是如此。车架和车身有限元分析的目的在于提高其承载能力和抗变形能力、减轻其自身重量并节省材料。另外，就整个汽车而言，当车架和车身重量减轻后，整车重量也随之降低，从而改善整车的动力性和经济性等性能。

　　(2)齿轮的弯曲应力和接触应力分析

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　　齿轮是汽车发动机和传动系中普遍采用的传动零件。通过对齿轮齿根弯曲应力和齿面接触应力的分析，优化齿轮结构参数，提高齿轮的承载载力和使用寿命。

　　(3)发动机零件的应力分析

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　　以发动机的缸盖为例，其工作工程中不仅受到气缸内高压气体的作用，还会产生复杂的热应力。缸盖开裂事件时有发生。如果仅采用在开裂处局部加强的办法加以改进，无法从根本上解决问题。有限元法提供了解决这一问题的根本途径。 【MechNet】