轿车参数设计

新车开发的后期设计修改减
吉林工业大学硕士研究生毕业论文 少 50% 原形车制造和测试成本减少 50% 投资收益提高 30%[37]
1. 2
车身开发中的常用方法和流程
1.2.1 CAE 在汽车设计与分析中的现状 汽车设计中的许多新技术 新概念的应用和普及与近二十多年来计算机和计算机
辅助工程分析(CAE) 技术的快速进步是密不可分的 计算机辅助工程分析的应用 使 早期的车身设计可以在不依赖实物的情况下评价车身的其它相关性能 运用方面呈现如下特点[1] 第一 1 实现轻量化设计 2 应用的领域广 结构分析 疲劳分析 如刚度 强度 应用于整车 热分析 机构运动分析等 车辆碰撞模拟分析 最优化分析 包括结构 大小总成于零部件分析以 这使得诸如并
通过对不同的三箱式轿车结构进行对比和分析
提取适量的参数表达模型的整体结构框架
按照一定的流程构造基于 ANSYS 的概念设计车身参数化分析模型 提出了早期车身开发的系统流程 概括了车身开发中常用的分析方法和 以图形交互的方式设置参数 以 根据该流程的特点并在充分利用和融合参数化模型优势的基础上构建了早 该平台集成了常用的分析方法
并探讨了外形尺寸参与优化后对车身性能的影响
本文对概念设计阶段车身开发的探讨将为以后进一步深入研究奠定基础
III
吉林工业大学硕士研究生毕业论文
目 录
第一章 绪论
(1) (1) (2) (5) (7) (7) (7) (7) (8) (8) (10) (11) (11) (11) (12) (12) (14) (17) (20) (27) (28) (30 ) (30) (30) 强度约束 (30) (33) 抽象简化的分析模型
(35) (35) (35) (35) (36) (40) (40) (41) (42) (44) (47) (48) (51) (52 ) (52) (52) (53) (54) (54) (55) (55) (57) (57) (59) (60) (63) (70) (72)
第四章 参数化模型在开发平台上的应用
尤其是国外的车身开发过程已经形成了依托计算机辅助工程分析 使得车身概念设计进一步系统化 规范化 研究车身开发过程对分析模型 利用高效的分析模型和统一的开 依托江苏省汽车工程重点试验 以
提取出概念设计阶段车身开发的一般流程
的具体要求和常用的分析方法的具体实现 发环境加快车身早期开发过程
在结合开发过程特点的基础上提出分析用
使得设计人员可以在协调车身制造和工艺的要求的情况下较轻松的在设计时对车体结 构做些修改和调整 构的力学特性 从图 1-3 可以看出现代车身设计是一个非常复杂的过程 计的反复性很大 通常要做多个综合的方案 反复的计算 尤其是在设计的早期设 分析及对比 还要根据结 也能容易地评估 从而使他们在整个设计过程中都能把握车身结
并行设计方法了 早期的车身结构分析都是采用实验的方法 如图 1-2 所示 设计和实验是串行组织的 样车制造 试验 设计过程 结构修改
在车身定型前往往要经过多轮结构设计
再制作样车的往复 复使得车身结构设计 预先来指导设计 在串行设计中 种手段
由于样车的制作和修改需要相当长的时间 定型的周期拖的很长 消耗大量的人力
期车身开发平台 3.
ANSYS 命令流的方式运行 运用参数化模型生成程序对实车进行简化抽象及参数化 方案的优选 构造概念设计 结构件断面 的车身参数化分析模型 身开发中的应用过程 参数的优化 关键词 ANSYS 软件 并在依托早期车身开发平台的基础上论述了该模型在早期车 各结构件对车身性能参数的灵敏度
吉林工业大学硕士研究生毕业论文 论文分类号 密 级 U463.15 内 部 单 位 代 码 10183 研究生学号 2990203
吉
硕 士
林
学
大
位 论
学
文
轿车 参数化分析模型的构造研究 及应用 吉 林大 学
轿车参数化分析模型的构造研究及应用
Research and application of sedan parametric FE model
果经常对模型进行修改
这就要求早期的模型要构建灵活且便于调整
1.3 本文研究的内容及意义
现代车身结构设计一般分为概念设计阶段和详细设计阶段 结构设计中保证结构性能的重要阶段 在以后的设计中加以弥补 目前 各大汽车公司都以高质量 低成本短周期的产品开发技术为目标 从时间 上 缩短汽车设计周期最关键的是要作好概念设计阶段的工作 从而减少重复设计的 工作 从成本上 在概念设计阶段结束时 全部车身设计过程成本的大约 70%就已经 确定下来 可见 概念设计阶段所做的工作对后续工作有很大的影响 在概念设计阶段对强度刚度可靠性分析需要建立概念模型 它是一种简单的 但 能反映车身的静态与动态响应要求 并能为以后的详细设计提供设计变化余地的模型 概念模型可以用于车身的整体性能分析与优化 选择车身结构形式 确定结构参数 以及车身模态响应 现阶段 我国的车身结构分析工作一般局限于整车性能的分析与实验 它们一般 是在产品完成后进行的 对产品的发展与改进意义不大 并且难以对车身设计过程中 的参数进行设置与优化 难以对结构设计的准则进行归纳 随着 CAE 技术的发展 详 细分析已经是很普通的手段 但还没有人对概念设计阶段的概念模型进行过研究 在 国外 结构分析是贯穿于车身设计的全过程 在各阶段分别应用不同的细化程度的模 型 但在概念设计阶段也只是对应一种车型建立一个概念模型 没有通用性 以至耗 费大量的人力和机时 且不能快速反应 本文依托江苏省汽车工程重点试验室的相关课题 轿车概念设计中车体结构强度计 算参数化模型构造研究 在参考国外车身开发过程的基础上对以下研究内容做一些探 讨: XI 概念设计阶段是车身
设计过程的多次反 物力 不能通过分析
结构分析一般是作为进行车身结构失效分析
查找事故原因的一
而不是指导结构设计的一种方法
造型设计定型 车身结构设计 样车制作 实 验 车身结构分析
满意
N
车身结构设计定型 Y 图 1-2 传统串行的车身设计流程
IX
吉林工业大学硕士研究生毕业论文 1.2.1.2 并行的车身结构设计流程 硬件的迅速发展 使得车身结构分析的计算方法已不仅用于早期车身
实验一方面减少了设计的盲目性 发现设计中的问题
减少了设计成本
并行设计在国外汽车企业中的已得到广泛的推广 了大的飞跃
八十年代末日本 HONDA 公司采用并行工程后 而美国 FORD 公司的目标是
48 个月减少为 30 个月
使用并行工程后
发周期从 1993 年的 36 个月缩短到 18 个月乃至 12 个月 VII
行工程的理念得以充分体现 也推动着 CAE 应用的深入发展 国外大汽车公司在 CAE
耐久性分析 噪声
NVH 分析
各种振动
金属钣金件冲压成型模拟分析 的最优化 第二 模拟 特性最优化等
疲劳分析和空气动力学分析
CAE 研究深入程度高
对结构的细部的研究也相当深入
如对接头的
此外国外各大汽车公司充分利用现有的 CAE 软件 达到了高度自动化
[6]
现代车身结构设计方法的反映 1) 设计与分析并行 计过程 比较确定 案 短了
现代车身结构设计方法的发展呈现以下一些特点
车身结构分析参与车身结构设计的各个阶段 为结构设计提出具体的性能参数要求 这样确定的车身结构设计方案 这样
贯穿整个设 到设计方案的
从一开始的构造选择 设计方案的模拟实验
基本上就是定型方
并结合各自的 CAD 系统进
行相关再开发 第三
使得分析的前处理过程大大简化 不再仅仅是后期检验的工具 而是在
CAE 贯穿于汽车设计的全过程
设计初期就被用于指导设计 随着设计阶段的不同 CAE 模型的细化程度也不同 图 1-1 是通用汽车公司在开发 格图[1] 1997 Chevrolet Corvette 车型时各阶段的车身有限元网
第三章 基于 ANSYS 的概念设计车身开发平台
§3.1 参数化模型与概念设计车身开发平台 §3.2 车身结构设计中的约束 §3.2.1 车身结构设计中的刚度 §3.2.2 车身结构设计中的其它性能的约束 IV
第一章
绪论
§3.3 早期车身开发系统常用的分析方法 §3.3.1 刚度分析 §3.3.2 模态分析 §3.3.3 灵敏度分析 §3.3.4 优化分析 §3.4 早期车身开发的一般流程 §3.4.1 早期车身开发的概述 §3.4.2 结构构造方案的优选 §3.4.3 车身结构概念的进一步设计 §3.5 早期车身开发平台的具体实 §3.6 早期车身结构开发流程的用户界面 §3.7 系统的不足和完善 §3.8 本章小结
以计算为主体的车身结构分析已成为一种面向车身结构设计全过程的 分析 车身结构设计的过程也成为一种设计与分析并行的过程 如图 1-3 所示 同时 随着结构分析师在分析经验和分析数据的积累 很多公司都有了自己的结构分析储备 数据库 它们都十分的详细 如对不同的车身结构形
外型设计定型
伴随着软 结构框架设计
第五章 全文总结及展望
V
吉林工业大学硕士研究生毕业论文
致谢 参考文献 附录 中文摘要 英文摘要
(74) (75) (78) ( ) ( )
VI
第一章
绪论
第一章
1.1
八十年代中期以来 代制造模式 和支持过程
绪
论
逐渐成为一种热门的现 包括制造过程
车身结构设计方法的新特点
并行的设计产品及相关的各种过程
§1.1 车身结构设计方法的新特点 §1.2 车身开发中的常用方法和流程 §1.3 本文研究的内容及意义
第二章 轿车概念设计阶段参数化分析模型的构造
§2.1 参数化的发展及其在工程中的运用 §2.1.1 参数化的发展 §2.1.2 参数化在工程中的应用 §2.2 概念设计阶段参数化简化模型的概述 §2.2.1 轿车车身概念设计阶段简述 §2.2.2 概念设计阶段建立参数化简化模型的必要性 §2.3 简化模型参数化方法的确定 §2.3.1 实现模型与 ANSYS 软件的集成 §2.3.2 参数化实施方法的选择 §2.4 参数化模型的创建过程 §2.4.1 构建参数化模型的总体构想和要则 §2.4.2 提取三箱式轿车的共性 §2.4.3 提取模型参数的原则, 最终简化模型参数的确定 §2.4.4 构建模型的方法选择及流程 §2.4.5 模型的参数输入界面 §2.5 本章小结
据此试制而成的样车只需一定的验证即可定型
车身的研制周期被大大缩
2) 优化的思想在设计的各个阶段被引入 求的不断提高 使车身设计的难度越来越大了
轻量化的要求和对舒适性及安全性要 为达到这些要求 必须在设计的开始
阶段就引入寻找最优的思想
并将其贯穿于整个设计阶段
3) 大量的虚拟实验代替实物实验 虚拟实验不仅可以在没有实物的条件下进行 而且实施迅速 信息量大 它在车身结构设计中正发挥着越来越大的作用 有利于设计出高性能的车身 缩短了开发周期 使汽车的设计与开发过程出现 新车型的开发时间从长 新车型的开 另一方面 利用虚拟 易于及早
并行工程 Concurrent Engineering
并行工程是集成的 的系统方法
这种方法要求产品开发人员从设计一开始就考虑产品生命 包括质量﹑成本﹑性能 制造 检测
周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素 ﹑维护﹑法规与用户需求等 环
由此避免设计与后期过程的脱节
防止设计过程重复循
从而缩短设计周期和降低产品成本 这种现代车身结构的新趋势 一方面影响现代车身结构设计方法 另一方面又是
车身结构布置选型 拓扑优化
结构分析 整车指标评价
车身结构概念设计 参数优化
结构优化分析 整车指标评价
车身结构细化设计
整车实验工况分析 局部指标评价
样车制造
N
满意
Y
实 验
N
满意
Y
产品定型
图 1-3 并行的车身结构设计流程
X
第一章
绪论
式
每个构件的自身特性
对整体性能的灵敏度和贡献大小都有详细的数值表达
这
的参数化简化模型和概念设计阶段的车身开发平台 本文在充分研究国外早期车身开发流程的基础上 室的相关科研项目 1. ANSYS 软件为分析平台 作了以下研究
轿车概念设计中车体结构强度计算参数化模型构造研究
创建概念设计阶段简化的参数化分析模型
构建分析模型时充分考虑到 抽象 在此基础上采用模块
概念设计阶段的车身开发特点 三箱式轿车的共性 化的方法 2. 约束条件
§4.1 建立参数化的模型 §4.1.1 确定各参数的值 §4.1.2 生成有限元模型 §4.2 模型结构构造方案的选择 §4.2.1 评估最初建立的简化模型 §4.2.2 车身结构构造选择的过程 §4.2.3 车身结构构造方案选择的优化 §4.3 车身结构的进一步发展 §4.3.1 构造优化用的车身参数化模型 §4.3.2 评价最初的优化模型 §4.3.3 评价各结构件对整个车身性能的贡献--灵敏度分析 §4.3.4 单元参数及外形尺寸的优化 §4.4 本章小结
VIII
第一章
绪论
概念设计阶段
初步设计阶段
详细设计阶段
图 1-1 现代车身开发过程中各阶段的 CAE 模型
1.2.1 车身开发流程的变迁 1.2.1.1 传统串行的车身设计流程 CAE 的广泛的应用不但降低了设计成本和设计周期 提高了设计的可靠性和可预 见性 而且也改变着车身设计的方法 车身开发已经从早期的串行设计过渡到现代的
作者姓名 专 业
陈东平 设计艺术学 兰凤崇 教 授
导师姓名 及 职 称
论文起止年月
2000 年 10 月至 2002 年 2 月
II
第一章
绪论
提要
概念设计阶段是车身结构设计中保证性能的重要阶段 很难在后续的设计中弥补 展开了详细的研究 技术的车身开发流程 研究成果 这个阶段留下的缺陷往往 目前国内外在这方面都 本文将根据目前的 因而在车身开发中受到广泛重视